【摘要】：隨著海洋油氣開發(fā)的迅猛發(fā)展,地震作用下海底管線的動(dòng)力響應(yīng)分析與可靠度估計(jì)問題日益突出。此類問題的分析難點(diǎn)主要來源于如下幾個(gè)方面:(1)由于海底管線具有較大的空間尺度,地震地面運(yùn)動(dòng)的空間變化效應(yīng)顯著;(2)豎向地震作用下海底管線與海床的動(dòng)態(tài)單邊接觸,以及水平地震作用下海底管線的幾何大變形,在分析模型中都會(huì)產(chǎn)生顯著的非線性效應(yīng);(3)由于腐蝕、焊縫、海洋生物附著等復(fù)雜局部特征,海底管線在模型化過程中不可避免地會(huì)引入不確定性;(4)由于土壤性質(zhì)的隨機(jī)性和地震波的復(fù)雜傳播機(jī)制,地震地面運(yùn)動(dòng)通常也是不確定性的。因此,針對(duì)海底管線受空間多點(diǎn)地震作用的問題,本文從隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)求解方法、動(dòng)力可靠度估計(jì)以及結(jié)構(gòu)不確定性建模等多個(gè)角度開展了研究,具體內(nèi)容包括:])針對(duì)包含隨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的多跨連續(xù)梁受空間多點(diǎn)地震作用的問題,提出了一種高效的隨機(jī)響應(yīng)與靈敏度分析方法。對(duì)于平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)分析,結(jié)合多跨連續(xù)梁頻響函數(shù)的解析解,給出了隨機(jī)響應(yīng)的顯式表達(dá)。相比傳統(tǒng)的擬靜位移分解法,該方法避免了求解擬靜位移且無需借助結(jié)構(gòu)的振型進(jìn)行降階,因此具有更高的計(jì)算效率和精度。對(duì)于非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)分析,該方法通過Fourier變換在頻域內(nèi)進(jìn)行求解,與傳統(tǒng)時(shí)域方法相比,避免了在功率譜密度函數(shù)每個(gè)頻點(diǎn)上進(jìn)行逐步積分運(yùn)算,大幅提高了隨機(jī)響應(yīng)分析的計(jì)算效率。此外,由于該方法直接給出了多跨連續(xù)梁隨機(jī)響應(yīng)的顯式表達(dá),因此可方便地求解隨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)應(yīng)的靈敏度。2)結(jié)合線性互補(bǔ)方法和子集模擬法,提出了一種考慮單邊接觸非線性和地震空間變化效應(yīng)的海底管線可靠度高效分析方法。將多點(diǎn)輸入地震作用下海底管線與海床的動(dòng)態(tài)單邊接觸問題轉(zhuǎn)換為線性互補(bǔ)問題;基于子集模擬法,將地震作用下海底管線的小概率失效問題轉(zhuǎn)換為多層級(jí)的條件概率失效問題。該方法顯著地提高了海底管線地震可靠度分析效率并且具有統(tǒng)一的求解格式。在此基礎(chǔ)上研究了結(jié)構(gòu)和地震兩方面因素對(duì)海底管線可靠度的影響,總結(jié)了這些因素的影響機(jī)制和規(guī)律,并識(shí)別出影響海底管線地震可靠度的關(guān)鍵因素。3)基于非參數(shù)不確定建模理論,提出了一種考慮建模不確定性和非線性效應(yīng)的海底管線地震響應(yīng)分析方法。應(yīng)用隨機(jī)矩陣從整體層面上描述海底管線的不確定性,相比傳統(tǒng)基于參數(shù)概率的不確定性描述方法,該方法能夠更方便地處理海底管線有限元模型化過程中因腐蝕、焊縫、海洋生物附著等局部細(xì)節(jié)引入的不確定性。分別針對(duì)豎向地震作用下海底管線和海床的動(dòng)態(tài)單邊接觸非線性問題,以及水平地震作用下海底管線的幾何非線性問題,建立了海底管線地震響應(yīng)的不確定性分析模型。此外,通過引入一種復(fù)合逐步積分方法,解決了海底管線地震響應(yīng)分析過程中由幾何非線性導(dǎo)致的積分不穩(wěn)定問題。在此基礎(chǔ)上,研究海底管線地震響應(yīng)分析中的參數(shù)不確定性和建模不確定性的傳播規(guī)律。
【圖文】：

底管線的腐蝕［１５？氣管線的懸跨［２１—２５］等。逡逑由于突發(fā)性和不可預(yù)見性，以及對(duì)結(jié)構(gòu)的巨大破壞性，地震也是威脅海底管線安全逡逑性的重要因素之一。圖１．２給出了全球地震帶的分布情況［２６］，可以看出大部分的地震帶逡逑位于海洋或者近海岸，與圖１．１對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，許多油氣資源恰好處于地震帶上。海底逡逑管線設(shè)計(jì)過程中，主要參考由挪威船級(jí)社（ＤＮＶ）、美國石油學(xué)會(huì)（ＡＰＩ）、中國船級(jí)社等推逡逑薦的規(guī)范｜２＞２＇然而，這些規(guī)范中只是原則性地規(guī)定在地震設(shè)防區(qū)要考慮地震對(duì)海底管逡逑線的作用和影響，并沒有給出詳細(xì)的地震設(shè)計(jì)和分析方法。此外，由于施工成本過高且逡逑難度過大，海底管線在鋪設(shè)后通常不做錨固或者掩埋處理，而是直接布置于海床上。在逡逑地震發(fā)生時(shí)，由于缺乏土體的約束，其動(dòng)力學(xué)特性與通常做掩埋處理的陸上管線有著顯逡逑著的區(qū)別，，因此針對(duì)陸上管線的地震設(shè)計(jì)和分析方法并不能直接套用到海底管線上。同逡逑時(shí)

Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｐｏｗｅｒ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｒａｎｄｏｍ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ：邋（ａ）邋ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；邋（ｂ）逡逑ｂｅｎｄｉｎｇ邋ｍｏｍｅｎｔ逡逑圖２．４給出了多跨連續(xù)梁的位移和彎矩的均方值，可以觀察到與功率譜密度函數(shù)結(jié)逡逑果類似的現(xiàn)象。這些結(jié)果表明，隨著擬靜位移分解法選取模態(tài)數(shù)的增大，其結(jié)果將逐漸逡逑接近本章方法的結(jié)果，由此可以驗(yàn)證本章方法在求解隨機(jī)響應(yīng)時(shí)的正確性。逡逑（ａ）呡｜＾１￣￣＇￣￣＇￣１＾＾￣＾－逡逑—Ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｍｅｔｈｏｄ邐ｒ＼逡逑ａ邐ＱＤＤＭ，邋３０邋ｍｏｄｅｓ邐＼逡逑０邋０４邋／邋＼邐－－邋ＱＤＤＭ，邋８０邋ｍｏｄｅｓ邐／邋＼逡逑側(cè)逡逑０．０１５邐丨邐１邐１邐１１邐：邐邐１—逡逑０邋２０邋４０邋６０邋８０邋１００邋１２０邋１４０邋１６０邋１８０逡逑Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋（ｍ）逡逑－３５－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 蘇亮;邵壽磊;;多點(diǎn)地震輸入的反應(yīng)譜法研究[J];工程力學(xué);2014年12期

2 朱彤;張敬花;賀慶云;;地震和波流作用下海底懸跨管線模型實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2014年03期

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本文編號(hào)：2594111