導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計(jì)與安全監(jiān)測評定.pdf

1、海洋平臺結(jié)構(gòu)是我國近海油氣開采的重要基礎(chǔ)性設(shè)施，是海上生產(chǎn)作業(yè)和生活的基地。同時，海洋平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、造價昂貴，所處海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣。海洋平臺結(jié)構(gòu)的荷載和抗力、服役過程中損傷累積和性能退化均存在很大程度的不確定性，將可靠度理論應(yīng)用于海洋平臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理逐漸受到重視；同時，近年來結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)為保障海洋平臺結(jié)構(gòu)安全提供了新的高技術(shù)手段。因此開展基于可靠度理論的海洋平臺結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)、檢測、監(jiān)測和運(yùn)行管理對保障平臺結(jié)構(gòu)

2、安全具有重要的實(shí)際意義。
　　本文在國家“九五”自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目專題“海洋環(huán)境隨機(jī)荷載及其組合”和國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“海洋平臺結(jié)構(gòu)的實(shí)時監(jiān)測與檢測成像技術(shù)”的資助下，對導(dǎo)管架海洋平臺結(jié)構(gòu)的可靠度分析與設(shè)計(jì)、基于監(jiān)測的平臺結(jié)構(gòu)實(shí)時安全評定與可靠度預(yù)測等進(jìn)行了深入的研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　1．針對海洋環(huán)境極值荷載統(tǒng)計(jì)資料多種來源的特點(diǎn)，建立了多種來源資料的可信度計(jì)算方法和融合先驗(yàn)概率模型；采用非正態(tài)隨機(jī)變量的正態(tài)變

3、換方法，將正態(tài)變量的貝葉斯方法推廣到極值Ⅰ型隨機(jī)變量情況，建立了海洋環(huán)境極值要素的更新概率模型。通過 Monte-carlo模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際風(fēng)速資料驗(yàn)證了方法的合理性，為更合理有效地利用寶貴的海洋環(huán)境觀測資料進(jìn)行海洋環(huán)境概率荷載建模提供了基礎(chǔ)。
　　2．將海洋環(huán)境荷載作為平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程，考慮參與組合的荷載隨機(jī)變量間的相關(guān)性，提出了相關(guān)隨機(jī)荷載的組合方法，并確定了荷載組合系數(shù)。應(yīng)用該荷載組合方法校準(zhǔn)了目前常用的經(jīng)驗(yàn)性的荷載組合規(guī)則的

4、保證率。利用風(fēng)浪同步觀測資料對該荷載組合方法和基于耿貝爾邏輯模型的聯(lián)合分布建立的組合荷載概率模型進(jìn)行了對比分析，驗(yàn)證了該方法的正確性。
　　3．基于均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法提出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)計(jì)算方法，并應(yīng)用典型算例驗(yàn)證了其有效性。提出了一種效率高、精度高的具有隱式功能函數(shù)的構(gòu)件可靠度計(jì)算方法，并應(yīng)用典型算例驗(yàn)證了該方法的有效性。響應(yīng)面是求解大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度的一種重要方法，該方法的計(jì)算精度和計(jì)算效率主要取決于所選取的近似功能函數(shù)和

5、確定其系數(shù)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。本文將功能函數(shù)進(jìn)行泰勒級數(shù)展開，近似取其線性項(xiàng)，推導(dǎo)出了響應(yīng)面法中初始試驗(yàn)中心點(diǎn)的確定算法，通過對4個典型算例的計(jì)算，表明采取方法有效地提高了響應(yīng)面法的計(jì)算效率。成功地將該方法應(yīng)用于 CB32A平臺結(jié)構(gòu)整體變形剛度可靠度的計(jì)算。
　　4．根據(jù)我國渤海海域大量詳實(shí)的環(huán)境資料和平臺設(shè)計(jì)資料建立了風(fēng)、浪、流、冰環(huán)境荷載及自重荷載和甲板活荷載的統(tǒng)計(jì)特征；建立了結(jié)構(gòu)構(gòu)件和管節(jié)點(diǎn)在不同受力條件下的對應(yīng)抗力的統(tǒng)計(jì)特征。根據(jù)

6、 API規(guī)范校準(zhǔn)其工作應(yīng)力法的安全系數(shù)，確定了導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo)。以荷載和抗力的統(tǒng)計(jì)特征為基礎(chǔ)，采用荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式，優(yōu)化確定了導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)分項(xiàng)系數(shù)和荷載組合系數(shù)，從而建議了我國鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。
　　5．以海洋平臺結(jié)構(gòu)的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究了平臺結(jié)構(gòu)整體確定性安全評定和可靠度預(yù)測方法。建立了基于結(jié)構(gòu)動力參數(shù)修正結(jié)構(gòu)剛度的結(jié)構(gòu)極限基底剪力確定方法；以基底剪力為監(jiān)控指標(biāo)建立了海