埕島油田導管架平台結構的安全評估方法研究

1 引言 埕島油田海上平台的 設計壽命為15年，現有一部分平台進入服役後期。為保證油田的 安全生產，需用 量化的指標來 03manbetx 平台的現狀，對平台進行 安全評估。 本文以CB25B平台導管架的評估過程為例， 03manbetx 導管架結構壽命評估的方法和程序。 2 評估方法簡介 評估 03manbetx 時應用DNV船級社的SESAI 軟件。首先建立CB25B平台(包括導管架、樁等)的有限元結構模型，並由SESAM 軟件自動生成固定載荷；然後計算環境載荷，建立水動力載荷輸入模塊；進行完整結構的非線性倒塌研究；隨後對建立的基礎模型進行構件重要度 03manbetx ．確定疲勞破壞對結構整體強度的影響，確定失效模式，計算失效概率；最後根據分析結果，給出結論和建議。 3 建立結構模型 分析過程是用SESAM 軟件建立有限元模型，模型的建立包括以下元素： · 根據結構 設計 圖紙生成幾何模型，幾何有限元模型在PREFRAME中建立， · 生成固定載荷和可變載荷； · 生成風、浪、流等環境載荷，波載和流載在wAJAC中生成。 波浪、流的水動力載荷用WAJAC計算。用50年一遇的波浪計算環境載荷(風、浪、流)。在分析中(如非線性倒塌分析和構件重要度分析)用5O年一遇環境載荷。 4 完整結構的非線性倒塌分析 4．1 非線性倒塌分析方法 在PREFRAME中建立幾何有限元模型，在WAJAC中生成波載和流載，這些參數就是非線件倒塌分析的基本輸入，用USFOS軟件進行非線性倒塌分析。非線性倒塌分析是量化結構的能力儲備率(RSR)。分析中使用典型的50年一遇的環境載荷，結構加載固定載荷、設備載荷和50年一遇環境載荷。然後計算結構失效的基礎剪切力，倒塌載荷由一組RSR值表達。RSR定義為倒塌載荷下的基礎剪力與50年一遇環境載引起的基礎剪力的比值。在八個主要方向加載環境載荷，計算RSR 。從USFOS獲得的分析結果用XFOS軟件後處理，其對確定結構倒塌的實際機理非常重要，並且倒塌機理的類型關係到年度失效概率的計算。 固定載荷和衝刷的變化對結構的係統強度的影響通過敏感性分析確定。敏感性分析的目的是確定這些變化對結構倒塌機理的影響。在結構上陸續加載固定載荷、設備載荷和浮力載荷作用後逐漸增加5O年一遇的環境載荷組合(風、波浪和流)作用，直至結構倒塌，倒塌時的基礎剪力決定了結構的RSR值。在每個主要方向上的結構倒塌由表示過應力構件和結構變形的圖形顯示出。同時給出了每個載荷方向上的總載荷變化曲線。 4．2 結果分析 CB25B平台完整結構的非線性倒塌分析的結果表明，八個方向上加載環境載荷．平台結構失效的模式都是樁的拔出或下陷插人，沒有結構本身崩潰的原因。

向南的5O年一遇的環境載荷加載在結構上，此載荷逐漸增加直到結構倒塌。結構失效的模式是樁的下陷插入，倒塌載荷是5O年一遇環境載荷的3．13倍，即RSR為3．13。 構件重要度分析的目的是估計管節點的疲勞破壞對導管架結構整體性能的影響，疲勞破壞的影響通過假設某個節點失效後的結構係統強度來判斷。首先識別要評估的管節點，在分析時，連接導管架結構的主要節點和連接附件的節點都要識別。然後每次拿走一個杆件，加載8個方向的環境載荷進行此時結構的非線性倒塌分析，完成敏感性分析。 RSR 的減少由重要度相關係數RIF表示： RIF= RSR損壞結構 ／RSR完整結掏。 RIF給出了構件對關係到倒塌強度的結構係統強度的重要程度，RIF值用米確定疲勞破壞對係統強度和結構完整性的影響。 ． 本文選擇了18個連接主要節點的構件來進行構件重要度分析。分析中假設選定的某個構件完令損壞，然後確定相關的RSR值，將選定的構件從模型中拿走，對剩餘結構的完全塑性崩潰進行分析。 每個假定的損壞的情形都進行8個載荷方向的分析。每個基本情形都進行塑性崩潰分析，共分析18>8—144個假設情形，每個情形都畫出載荷、位移曲線。

波浪載荷向西南(SW)方向加載時的RSR值為1．72，是最低的。在進行構件重要度分析時RSR值沒有減少。分析總載荷、位移曲線，發現完整結構和144種損壞後結構之『口J的倒塌機理沒有變化，對比完整結構，每一種拿走構件在每一個載荷方向卜的倒塌機理沒有變化，所有的假沒損壞結構情形的倒塌機理邯是南於樁的拔出或下陷插入引起的基礎失效，非常清楚地表明了個別的主要節點的疲勞破壞不會降低結構的係統強度。結構的失效概率主要決定於基礎的的失效。 6 失效概率的計算 通過敏感性分析和構件重要度分析得知CB25B平台結構的失效模式為基石jI}的欠效。 此導管架結構年度倒塌的概率即為基礎失效的概率。基礎失效的概率是RSR和能力不確定性的函數，此函數關係是以基礎；失效概率與RSR的函數關係為基礎。然後對能力的不確定性進行修正。能力的不確定性是指現存結構及基釧能力部分不確定性、載荷計算和極端環境條件預報的不確定性。 7 結論及建議 構件重要度分析清楚地 示主要節點的疲勞破壞不會對結構的係統強度有明 減弱的影響。分析中所有情形(假沒某構件損壞)的失效模式與完整結構的失效模式基本不變，最小RSR值都為1．72。由於所有情形分析的RSR值基本不變，構件重要度分析的結果斷定主要的水平撐杆和斜撐都勝任結構中的位置。固定載荷、設備載荷苄¨衝刷變化的敏感分析 示結構的倒塌機理是相同的，1人I此可以斷定CB25B平台的主要失效模式為由於樁的拔出或下陷插入造成的基礎失效。