本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架平臺動(dòng)力性能及安全性分析

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【摘要】：作為常見的海上結(jié)構(gòu),導(dǎo)管架平臺在完成鉆井、采油、儲油等作業(yè)的同時(shí),由于長期暴露在海洋環(huán)境當(dāng)中,會(huì)受到惡劣的天氣環(huán)境以及其他諸多復(fù)雜因素的影響,有時(shí)還會(huì)受到爆炸、撞擊等偶然載荷的作用,因此平臺倒塌事故時(shí)有發(fā)生,這不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,同時(shí)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為保證結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境下的抗倒塌能力,延長結(jié)構(gòu)的服役期,有必要從整體結(jié)構(gòu)層面出發(fā),研究平臺結(jié)構(gòu)的整體安全性能。目前導(dǎo)管架平臺的整體安全水平研究主要圍繞在靜力載荷作用分析的階段,由動(dòng)力載荷造成的整體倒塌以及所體現(xiàn)的安全儲備方面研究較少。同時(shí),對于導(dǎo)管架的倒塌過程,很少進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部桿件的屈服過程與塑性發(fā)展特性相關(guān)探討。本文針對以上幾個(gè)問題展開了相關(guān)研究： 探究了非線性方法在有限元分析中的實(shí)施手段。對于常見的倒塌分析,一般要求考慮材料、幾何非線性,從而能夠模擬更為反映實(shí)際情況的倒塌過程,因此有必要深入了解非線性在結(jié)構(gòu)分析中的實(shí)施過程與分析手段。將推導(dǎo)二維梁單元的幾何、材料非線性有限元模型,結(jié)合Newton-Raphson方法編制程序,研究非線性在結(jié)構(gòu)分析中對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響。 研究了導(dǎo)管架平臺的靜力倒塌安全性。采用某冰工況下的環(huán)境要素,以及基于提高重現(xiàn)期的載荷增量方法,對平臺進(jìn)行了Pushover分析,得到了不同方向的結(jié)構(gòu)承載力與桿件塑性發(fā)展過程,進(jìn)而根據(jù)其儲備強(qiáng)度(RSR)探討了結(jié)構(gòu)整體安全性能；編制了逐步回歸響應(yīng)面程序,該方法不需提前給出功能函數(shù),且計(jì)算效率較高。然后,計(jì)算了結(jié)構(gòu)的整體可靠度,并通過給定擬合方程的JC法驗(yàn)證了程序的可靠性。研究表明,盡管兩類指標(biāo)的研究側(cè)重點(diǎn)不同,但兩類指標(biāo)均能很好地對結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行描述。 在地震作用下,對導(dǎo)管架平臺進(jìn)行了動(dòng)力性能研究。選擇了26條具備不同頻譜特性的三向地震記錄,采用IDA方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力增量分析,在分析中記錄不同地震波作用下結(jié)構(gòu)全過程響應(yīng)信息與桿件狀態(tài)信息,以及塑性點(diǎn)、倒塌點(diǎn)對應(yīng)的載荷水平。探討了結(jié)構(gòu)的位移、層間角等動(dòng)力參數(shù)的發(fā)展規(guī)律,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在不同地震波下的動(dòng)力參數(shù)發(fā)展特性并不一致且差別較大。然后對結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展過程進(jìn)行了研究,提出了基于塑性發(fā)展影響系數(shù)的最易出現(xiàn)失效模式。該方法獲取的失效模式與所有真實(shí)倒塌失效模式均較為接近且相似度離散性較小,具有統(tǒng)計(jì)意義。 對平臺結(jié)構(gòu)的動(dòng)力倒塌失效特性進(jìn)行了研究。首先,對相關(guān)倒塌參數(shù)進(jìn)行總結(jié),通過變形能、位移響應(yīng)、基底剪力等特征參數(shù)對海洋平臺結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力與安全儲備進(jìn)行分析,進(jìn)而,從頻譜特性的角度探討了結(jié)構(gòu)的倒塌極限狀態(tài)動(dòng)力特性,以及不同頻譜特性與倒塌相關(guān)參數(shù)之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)：針對地震這類動(dòng)力特性較為強(qiáng)烈的載荷形式,平臺結(jié)構(gòu)的承載能力與變形能力同時(shí)保證了結(jié)構(gòu)的整體安全儲備,不同地震作用下的結(jié)構(gòu)倒塌承載力相近,結(jié)構(gòu)的失效模式為動(dòng)力強(qiáng)度破壞。從頻譜特性的角度來看,當(dāng)載荷水平較低時(shí),結(jié)構(gòu)響應(yīng)頻率在主振動(dòng)區(qū)成分最高。隨著載荷水平的提高,結(jié)構(gòu)受迫振動(dòng)增強(qiáng),共振效應(yīng)比重降低。地震頻譜特性中共振頻率附近一定范圍內(nèi)頻譜成分較大時(shí),會(huì)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U674.38

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1203366