极端波浪载荷下导管架平台抗倒塌性能评估

提出载荷序列增量分析(LSIA)方法,对极端波浪载荷下导管架平台结构极限状态进行分析。LSIA能够考虑不同波高及可能的甲板上浪载荷对平台侧向载荷分布的影响,"追踪"平台在不同载荷重现期作用下的真实响应,从而克服当前Pushover的缺点。基于LSIA等效承载能力曲线,提出倒塌重现期NCP,使得平台抗倒塌能力评估指标具体化。以K型和X型两种不同结构形式的导管架平台为例,采用LSIA方法对其进行抗倒塌性能评估,并与Pushover进行分析对比。结果表明,LSIA具有更高的评估精度,能够确定平台结构真实的倒塌状态与失效模式。     

极端风暴载荷下导管架平台的动力响应分析

为评估导管架平台在极端风暴工况下的整体安全性能,基于ABAQUS有限元软件建立导管架平台的有限元模型,在极端平均风工况下对平台进行了静力分析,在极端脉动风工况下对平台进行了动力分析,重点探讨了平台在三种极端风暴工况下的应力、位移、速度及加速度响应。结果表明：平台的应力集中容易发生在桩腿桩基处,平台在极端风暴工况下的位移及应力响应均满足设计需求;平台强轴的固有频率大于弱轴的固有频率,自振周期远小于波浪周期,不会发生波激共振;平台在极端风暴工况下的位移及加速度响应极值可为结构振动监测系统的预警阈值设定提供参考。     

导管架海洋平台失效路径分析及连续倒塌机制

针对突发事件下导管架平台"局部破坏"可能引发的连续倒塌现象,建立一种针对导管架平台结构的失效路径搜索及概率评估流程,采用逐步施加增量载荷的方法,并结合广义承力比准则,充分考虑失效过程中单元内应力的变化及候选失效单元的不确定性和外部载荷的随机性,并通过模拟示例获得平台可能发生的事故树,从而确定最可能发生的失效顺序。针对具体失效路径,引入备用荷载路径方法(ALP方法),研究倒塌过程中平台结构的力学分布特性和状态变化规律,分析构件失效后的平台剩余系统的动力效应和内力重分布规律,从而揭示平台结构的连续倒塌机制。结果表明:某桩腿单元突发失效后,失效单元上方的水平撑杆通过塑性铰机制成为新的竖向传力路径;相邻桩腿由于严重的内力重分布现象成为薄弱环节,易发生屈曲失效。     

波浪载荷下结构尺度差异对导管架平台结构响应的影响

本文以某一导管架平台为分析计算对象,首先根据Morison方程计算组成导管架平台的各不同构件的波浪载荷,然后将其施加到有限元力学模型上。在此基础上计算分析不同构件尺度的导管架平台在波浪环境载荷作用下各构件关键位置的内力,通过对比不同尺度下导管架平台内力变化的趋势,观察不同平台杆件的尺度变化以及部分杆件由于断裂的原因而导致强度支撑作用的缺失对平台结构强度的影响,以此指导平台结构设计中的受力杆件优化设计计算。本文的计算结果表明：所采用的计算方法可以对平台设计和优化等进行有效的计算,本文所提出的方法可为导管架平台在波浪力作用下构件外载荷分析、在这些载荷作用下平台的动力响应特性评估以及平台杆件的结构优化计算提供技术依据。     

基于振动的导管架平台结构健康监测技术研究

导管架平台在长期服役过程中受海洋环境载荷及各种操作工况的影响,平台可能发生不同种类的结构损伤。因此,对吊管架平台进行结构健康状态监测对保障平台作业安全具有重要的工程意义。将振动检测技术应用到导管架海洋平台上部组块结构损伤实时监测中,提出基于振动检测数据和有限元分析相结合的平台结构健康评定方法,并通过在东海某导管架平台上的应用试验研究,验证了振动检测技术在导管架平台结构健康监测上的适用性。     

悬臂自升式钻井平台运动对隔水导管的响应

以间隙单元模拟隔水导管系统与导管架平台导向支撑间的相互作用,利用有限元法研究悬臂自升式钻井平台运动、导管架平台偏移等位移荷载作用下隔水导管系统的挠曲变形响应,并以隔水导管系统的强度与稳定性为设计准则,分析钻井平台与固定平台相对位移同相和反相的最大相对运动位移及其弯矩分布。计算结果表明,在给定的隔水导管强度和截面尺寸下,钻井平台的最大相对位移为75.0 cm。     

用于导管架全遍历检测的ROV路径规划

导管架平台是海洋油气开发中常使用的平台,但其所处的海洋环境使导管架经常受到流体冲蚀、海水腐蚀等,因此需要定期检查维护。为了缩短ＲOV( Ｒemotely Operated Vehicle) 的行走路程,减少检测维护费用,提高路径规划的智能程度,以惠州油田某型导管架平台为研究对象,针对ＲOV 对导管架进行单面和整体检测两种检测情况,结合图论和组合优化等理论进行了路径规划研究。通过仿真分析得出导管架全遍历的最优路线,所提出的路径规划方法和仿真结果具有较大的理论价值和实际指导意义。     

极端环境下导管架平台连续倒塌鲁棒性评估

基于Pushover和AP法分析平台结构极限状态及剩余强度储备比,探讨不同类别承载模式的构件对平台结构抗倒塌能力的影响规律;采用W_(DSR)、W_(RIF)和W_(SRF)确定性指标,评估平台结构鲁棒性和构件重要度。考虑平台抗力受环境载荷变化的影响,基于MSA和LSIA建立随机平台在随机载荷下的可靠度评估方法,提出导管架平台"安全评定图"概念,对服役平台全尺度载荷下的安全性进行标定,在此基础上,对导管架平台进行概率鲁棒性评估。研究表明:平台抗力对水平撑构件的失效不敏感,水平撑的确定性鲁棒性指标较大,可视为冗余性构件;斜撑对保证平台结构的鲁棒性起关键作用;这类构件的失效对结构承载能力影响相对显著,在进行平台结构鲁棒性设计时,应保证其具有足够的强度与韧性。提出的"安全评定图"能够提高平台概率鲁棒性评估的计算精度。     

土壤液化及T-Z非对称性的研究

对于在位工况,国内海洋平台结构设计认为土壤轴向侧摩擦拉、压能力对称相等,在强地震时按照土壤不液化进行设计。研究了土壤侧摩擦T-Z拉压能力非对称性产生的原因,以及在强震作用下的土壤液化原理,通过SACS和USFOS软件对桩的轴向能力和侧向能力进行了计算,给出了两种特性的影响。提升了设计者的认识水平,对未来海洋平台及相关设计提供了借鉴与参考。     

海洋石油平台导管架安全监测系统

基于光纤光栅传感原理研发了应变、倾角和加速度传感器,应变测试精度达到5 με,倾角测试精度达到0.02°,加速度测试在40 Hz以下灵敏度达到800 pm/g。应用传感器建立了一套海洋平台导管架安全监测系统,实现了对腿桩支撑力、平台倾斜和摆幅的在线监测;通过建立导管架力学模型计算其应力状况,分析导管架的安全性并进行预警。系统成功应用于南海石油平台监测,为海洋平台的结构安全提供了保障。     

海上导管架平台可靠性分析抽样-模拟方法

在可靠性分析中,海洋平台的结构极限状态方程很难得到显式表达,用传统方法求解其可靠度指标时很难满足计算效率和精度要求．鉴于此,以胜利CB11F平台为例,通过试验设计的方法,选取部分结构响应．采用Kriging模型模拟了未知状态的结构响应,然后附以最优化的方法求解了导管架平台的可靠性指标,该方法综合了蒙特卡罗法和响应面法在计算上的优点,突破了大样本抽样计算量的制约,同时避免了因极限状态方程的不同表达而产生的影响,在很大程度上提高了计算效率和精度．     

不同地震强度作用下导管架海洋平台的动力响应研究

导管架平台在世界各地的海洋石油天然气能源开发中得到普遍应用,本文旨在分析导管架海洋平台在地震强度分别为7,8,9度作用下动力响应研究的意义,同时,利用ABAQUS软件,对导管架平台三维结构模型分别进行动力响应,发现在地震强度为7、8、9度的情况下,土体和海洋平台的节点存在耗能现象并且震中平台出现轻微倾斜和位置偏离.     

抗冰导管架平台结构动力安全评估

基于现场冰激振动监测资料，论述了抗冰导管架平台进行动力失效评估的必要性，分析了在动冰荷载作用下抗冰导管架平台的动力失效模式，指出动力失效模式主要包括振动失效模式和疲劳失效模式，并介绍了基于现场实测冰力数据建立的直立结构冰力谱的计算方法．作为应用实例，利用ANSYS软件建立了Jz9—3GCP平台的有限元模型，分析了其结构特性，并对其进行动力结构安全评估． 此方法对于抗冰平台的设计和安全评估具有一定的借鉴意义．     

导管架内贫MEG提升方案研究

某南海深水油气田项目中,为抑制以及预防水合物的生成,需储存2,000,m3的贫MEG溶液以满足上部平台对天然气的工艺处理需求。为节省平台空间,利用下部导管架桩腿作为贫MEG溶液的储存容器,需要从导管架桩腿内向位于EL+19,m的贫MEG日用罐输送贫MEG溶液。对使用氮气加压以及泵提升这两种从导管架腿内提升贫MEG的方案进行分析研究,推荐采用泵提升方案。结合工程应用实际,对泵型式的选择进行理论分析,推荐采用电潜泵,同时介绍了具体的泵安装方案。     

随机波浪力作用下导管架海洋平台动力响应分析

本文以实际的导管架海洋平台为研究对象,应用大型有限元软件ANSYS对平台进行了有限元建模,建模过程中采用APDL命令和GUI菜单相结合的方式,进而通过模态分析得到海洋平台结构的固有频率和振型,在此基础上考虑随机波浪作用,分析得到海洋石油平台的结构动力响应,所得结论对于导管架平台安全性和可靠性的评价有一定指导意义。     

基于疲劳可靠性优化设计的深水导管架平台多级模糊选型

分析深水导管架平台方案优选的系统决策问题,给出四种初始设计方案,将基于谱分析方法求得平台的系统名义疲劳可靠性指标作为一项关键约束对平台方案进行优化.根据优化后各方案的最优结构性能参数,综合考虑影响深水导管架平台选型的各种因素,由二元对比方法确定影响因素的权重以及相对隶属度,最终采用三级模糊优选方法对优化后的方案进行模糊优选,并以200 m水深导管架海洋平台作为实例进行分析.结果表明,与传统分析方法相比,先由优化分析得到各初始方案的最优结构性能参数,可以为模糊选型提供准确的定量化指标,减少了模糊因素,更有利于对深水导管架平台设计方案做出合理的评价.     

冰区海洋平台整体可靠度分析高效近似算法

冰荷载是冰区海洋平台设计的控制荷载,极值冰力直接危害着平台结构整体的安全.以渤海辽东湾 JZ20-2 MSW、JZ20-2 NW 导管架海洋平台为例,考虑了冰荷载、构件几何尺寸、材料弹性模量、屈服强度、恒荷载的随机性,利用Monte-Carlo法进行随机抽样分析,得到了冰区导管架海洋平台结构整体抗力及极值冰力响应(顶点位移)的概率统计.在此基础上,提出了冰区海洋平台整体可靠度分析的高效近似算法,把功能函数简化为线性的显武表达式.数值算例表明该算法大大提高了计算效率,并具有满意的精度与适用性.     

基于改进模态推覆法的导管架平台弹塑性抗震性能

针对强震下海洋导管架平台的弹塑性失效问题,提出一种基于性能设计的海洋导管架平台改进模态推覆抗震分析法,获得强震下平台结构的弹塑性抗震性能及其失效模式,解决强震下海洋导管架平台的弹塑性抗震性能评估难题.通过对比分析设防和罕遇烈度8度地震下平台结构弹塑性地震响应的差异性,探讨平台结构的参振振型、振型形状向量以及地震动不确定性对平台结构弹塑性抗震性能的影响.研究结果表明:高阶振型和振型形状向量对导管架平台弹塑性抗震性能的影响较大,需考虑前9阶或9阶以上的模态振型及振型形状向量变化的影响;设防和罕遇烈度8度地震下,平台结构弹塑性抗震薄弱环节均位于导管架顶部,需重点关注;具有相同峰值加速度的不同地震时程下的平台结构地震响应表现出明显的离散性和差异性,建议采用改进模态推覆法评估强震下平台结构弹塑性抗震性能.     

深水导管架平台风激振动条件下构件基频的计算

拖航工况下,深水导管架平台受风激振动影响严重,校核平台风激振动的关键参数为杆件基频,当前规范对导管架中构件的基频计算尚无确切公式.工程中目前认可的基频计算公式,是针对单独杆件设计,缺乏对复杂构件结构形式与杆间约束的考虑.沿用原计算方法对复杂类构件进行基频计算时,会造成较大误差.本文采用ANSYS有限元软件建立深水导管架平台模型,应用构件受激励后的自由衰减对常见构件类型的基频进行分析,根据结果对各类构件的固结系数Φ进行修正.     

抗震设计对结构抗连续倒塌的影响分析

地震作用是影响结构连续倒塌的重要因素,首先分析了地震作用的特点,比较了抗震设计和抗连续倒塌设计的要求及方法,进而为考虑抗震设防烈度对结构抗连续倒塌能力的影响,建立了非抗震和抗震设防烈度分别为6度(0.05g)、7度(0.1g)、8度(0.2g)的4个典型四层框架,依据GSA准则采用静力线性方法分析了结构在底层柱破坏下的抗连续倒塌能力。计算结果表明,6度和7度抗震设防结构抗连续倒塌能力相对非抗震结构提高不大,8度设防结构的抗连续倒塌能力较好。