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·170·石理国等海上结构物的损伤及其安全评估

海上结构物的损伤及其安全评估

【]D～石理国刘志宇查煜峰S2
t———————、—--——————一
(中国船舶科学研究中心)

提要对蛄构物的基木构件、杆件与管节
点的损伤进行了试验分析与理论研究，同时介绍重点研究具有局部凹陷、折弯损伤的杆件承载
了皓构再分析软件SACS、ENSA主要功能以及
能力。通过单根杆件的研究结果进入结构总体
结构童劳分析等。
再分析。这是平台结构安全性评估的基础性工
作之一
1结构损伤与损伤分析
I．1．1试验研究
海上结构物监测与损伤分析是结构再分析(1)模型lO个系列，共43个钢质模型。
的基础，也是结构安全评估的重要依据之一。其中1O个无损伤，33个有损伤。
海上结构物损伤十分复杂，在有限的时问、几何参数变化范围：￡=2～6，D一132～
财力和人力的前提条件下，不能面面俱到地进240，一1O00～3000，^=21～43，一0．21～

行研究分析。我们的方针是：有成熟的研究成0．49
果，我们就拿来应用，或者借用已有的工程方局部凹陷：．
法，而把研究的重点放在海上结构中对安全有
重大影响的损伤上。告01~0．40，
根据这个原则，我们对构成海上结梅物的折弯：
基本构件——杆件与管节点的损伤进行了大量
一0．00l~0．021
试验分析与理论研究，取得了重要成果[18～
Z0]，为结构安全性评估奠定了坚实的基础。凹陷数量；1个、2个、3个
蛾在对有损结构进行损伤分析和评估时，我凹陷位置：l／3L、1／2L、2／3L
月们对各类损伤作了综合、配套、协调处理，使之(2)试验条件轴向压缩、轴压与环压联
成为一个完整的系统。合作用
／
1．1杆件损伤与剩余最载能力(3)试验内容承载能力、屈曲后承载能
海洋平台长期在海洋环境中工作，必然受力、位移、应变．
到各种损伤，作为平台主要组成部分的杆件受(4)试验结果1O个系列43个模型承载
到的损伤主要有腐蚀损伤和机械损伤。机械损能力试验结果’
伤主要包括：局部失回(凹陷)、总体失直(折弯)1．1．2理论计算
及两者的组合，还有疲劳、断裂等．杆件受损后，有损杆件屈服应力：
不仅降低本身的承载能力，也将对平台总体结
构带来不利的影响，甚至可导致灾难性的后果。譬一[1+警(+厶)+]“++一。
作者还有姚未琳，尤冒虹，胡华东有损杆件极限应力；

第12卷第4期中国海洋平台-17l·

载能力降低。为确保海洋平台的安全营运，必须
()=_(siha+y一丢sin口)o对有裂纹管节点的承载能力进行计算评估
承载能力为杆件面积乘以屈服应力和极限[21]。
应力。1．2．1研究方法
轴压与环压联合作用极限承载能力：有裂纹损伤的试验模型均取自疲劳试验结
cc孚卅c十o束后的试件，试验模型的疲劳裂纹均已沿主管
壁厚贯穿。对不屙尺度、出现不同长度疲劳裂纹
1．1．3试验与理论比较
的管节点进行承载能力试验研究。对试验数据
杆件承载能力试验(包括国外试验结果)与
进行综合分析，得出承载能力与疲劳裂纹的关
理论计算结果比较，平均值为：0．875—1．027，
系，采用数值统计回归方法。分别给出拉伸和压
吻合相当好，证明计算方法正确可靠。
缩载荷状态下的极限承载能力计算方法和公
1．1．4损伤对承载能力影响规律式。
(1)受损杆件压缩承载能力有较大降低。降I．^2研究结果
低程度与损伤程度有关；拉伸承载能力无明显
(1)符号
降低。’有裂纹管节点拉伸承载能力
(2)影响杆件承载能力的因素排列为：几何
P有裂纹管节点压缩承载能力
参数、凹陷、失直、凹陷个数及凹陷位置。
尸无裂纹管节点承载能力(按规范公式
(3)凹陷个数及凹陷位置影响较小，在工程计算值)
应用中可忽略。
相对承载能力，F=或／5=
(4)环压较小的情况下，可不考虑其影响；
环压较大时，则环压破坏是主要的。工相贯线长度
1．1．5有损杆件参与总体分析的模型厶相贯线裂纹长度总和
根据有损杆件承载能力计算出相当杆件，s相贯线剩余(无裂纹)长度
进行总体结构总体再分析。相贯线相对剩余长度，一
(1)确定相当杆件的原则是：用一个完好杆(2)承受拉仲载荷时有裂纹管节点承载能
件代替，其承载能力与有损杆件的承载能力相力计算方法
同。在承受拉伸载荷时。裂纹长度与裂纹承载
(2)为确保结构的连续性，相当杆件的长度能力是密切相关的，可用相贯线剩余(无裂纹)
与直径与原杆件相同。长度作为有裂纹管节点承载能力下降的特征
(3)相当杆件的厚度由承载能力相当的原值。
则经计算得到，这就是杆件厚度折减。与为幂届数关系，并呈正态分布

(4)在计算管节点热点应力时，杆件厚度仍一口
为原杆件厚度，而不是相当杆件厚度。将上式两端取对数，则得：
(5)有损杆件承裁能力与相当杆件的确定t