导管架海洋平台可靠性分析方法.docx

导管架海洋平台可靠性分析方法随着社会的进步，科技和经济的迅猛发展，世界各国对石油、天然气等能源的需求越来越大，由于陆上油气资源的逐渐减少，已满足不了人类的需求。这样，人类就把目光投向占地球面积百分之七十一的蕴藏着丰富的生物资源和矿物资源的海洋。面对极其丰富、如此诱人的巨量海洋资源，各国加紧了海洋技术的开发，使海洋环境探测、海洋资源调查、海洋油气开发、海洋深潜和海洋生物技术等成为世界高技术竞争的热点。我国有18000多公里的海岸线，6500多个海岛。在近300万平方公里的海域内，大陆架海区含油气盆地面积近70万平方公里，蕴藏的石油资源量在150亿吨以上，天然气约14万亿立方米。各种形式的海洋能源总量超过4亿千瓦。因此，海洋资源的开发成为我国经济发展中有较大发展潜力的领域之一。海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等因素，都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解，越来越认识到海洋结构物结构性和系统性的风险分析的必要性。历史上曾有多次海洋平台的事故，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。海洋平台事故发生的直接原因主要是:(l)结构构件的强度储备不足;(2)浮力储备和稳定性不足;(3)平台管理和生产操作水平的不完善。而结构破坏模式主要有:(1)屈服失效;(2)屈曲失效(弹性或塑性);(3)疲劳失效;(4)脆性断裂失效。因此，寻求结构的安全适用性和最佳经济效益，已经成为海洋平台结构的设计、使用、检测和维护中特别关注的问题，而结构可靠度则是解决这一问题的最佳结合点。国内外研究现状在海洋平台结构可靠性和疲劳寿命评估研究方面国内外已经有许多文献和研究成果出版，PeterW.Marshall(1969)和Bea(1973)最先将结构的可靠性理论运用于海洋平台结构的风险分析和环境荷载标准的选取，为海洋平台结构的可靠性研究奠定了基础。BenG.Burke和JameST.Tighe(1971)对4个不同水深(12Om一300m)的导管架平台结构在波浪和地震荷载作用下分别作了动力响应的解析数值计算分析，模型考虑了结构与水之间的相互作用，波浪水质点运动特性由Pierson一Moskowitz谱导出，基底地震激励由地震加速度时程曲线来摸拟计算分析，分别得到了平台甲板的变形、基底剪力和倾覆弯矩功率谱。BentBerge和JephPenZien(1974)对7个不同水深的导管架平台结构进行了波浪动力响应分析，采用均值为零，平稳各态历经的高斯随机过程方向波浪谱，用模态叠加法在频域内进行谱分析，得到结构的位移、转角、基底剪力很小，转动响应对平台结构的整体动力响应的影响也很小。N.RogerMaddox(1974)对深水导管架平台结构进行了时间历程和谱疲劳分析，考虑了结构动力特性对疲劳寿命计算的影响，疲劳累计损伤采用Palmgren一Miner准则，环境荷载看成是由许多短期海况序列组成，每一短期海况假定为平稳、各态历经、狭带的高斯随机过程，用波高和周期来表示，波高和应力服从Rayleigh分布。J.H.vughts和R.K.Kinra(1976)采用谱分析方法和波浪分布散步图，对固定式导管架平台结构进行基于概率统计的疲劳寿命评估，研究成果表明:(1)应用谱分析方法对导管架平台结构进行详细的疲劳分析是可行的，比较实用;(2)波浪和应力在各方向的概率分布比用确定性方法描述更符合实际情况，应力传递函数的系统误差可能影响应力长期分布的精确性;(3)应力传递函数的不确定主要是由作用在结构上的波浪荷载计算引起，如波浪力计算的线性化，管节点局部应力集中系数的选取等。上海交通大学胡毓仁教授、陈伯真教授等对船舶及海洋工程结构疲劳可靠性分析理论进行了系统的研究，并出版了学术专著，书中主要对疲劳载荷的概率统计、疲劳强度的概率模型、疲劳累计损伤理论和疲劳寿命的估算、结构系统的疲劳可靠性分析和模糊疲劳可靠性分析等方面作了详细的论述。石油大学方华灿教授、陈国明教授八十年代中期开展了海洋石油钢结构的模糊疲劳可靠性研究;九十年代运用断裂力学理论对海上结构物裂纹缺陷评估与寿命预测进行了研究;2000年完成了冰区海上结构物的可靠性分析研究，也出版了学术专著，书中包含了低温下材料的疲劳与断裂强度试验及其概率特性、海冰荷载的计算及其概率分析、冰区海上结构物的疲劳可靠性分析、冰区海上结构物的断裂可靠性分析、冰区海上结构物裂纹的安全可靠性评估等研究内容。中国船舶科学研究中心石理国研究