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《浙江大学》 2003年
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海洋平台结构碰撞损伤及可靠性与疲劳寿命评估研究

龚顺风  
【摘要】: 海洋平台结构的安全可靠性是海洋工程中一个有难度而富有挑战性的重要研究领域。本文以海洋导管架平台这一大型复杂工程结构为主要研究对象,在系统地分析和总结国内外研究现状及发展趋势的基础上,对平台导管架结构大型船舶碰撞损伤、损伤构件的维修加固、损伤修复后平台结构的随机动力疲劳寿命可靠性评估、单点系泊导管架平台构件的强度可靠性、极限承载能力体系可靠性、单点系泊导管架平台结构的疲劳寿命可靠性和疲劳裂纹寿命评估、以及由此而涉及到的考虑平台结构检修维护等一系列问题进行了较深入的研究和探讨,并结合具体工程实例(WEN13—1深水导管架平台、BZ28—1单点系泊导管架平台)加以研究和应用,做到了理论研究与工程实践紧密相结合从而达到相互促进的目的,这既为海洋导管架平台结构的设计和对现役平台结构的安全评估提供了理论依据和重要的参考价值,同时也为海洋油气资源的安全开发提供了可靠的保证。本文的主要研究成果有: (1)在国内外首次开展了在导管架结构的施工安装阶段受到大型起重铺管船的碰撞损伤研究。根据WEN13-1导管架结构碰撞损伤检测资料,对碰撞过程进行了数值模拟计算分析,对构件模型从简单到复杂的思路摸索出船舶碰撞海洋平台导管架结构的等效静力撞击荷载2.45 MN;同时也对船舶撞击平台结构进行了动力响应分析,采用非线性弹簧来模拟受损构件的局部凹陷损伤,考虑了结构—桩—土的相互作用,运用瞬态动力学方法来计算船舶以不同的速度撞击导管架结构的动力响应,确定了船舶对平台结构碰撞的最大动力撞击荷载3.405 MN;对平台导管架整体结构的损伤程度进行了评估,确定了相应的灌浆卡箍维修加固方案。 (2)将随机动力响应谱疲劳寿命可靠性分析理论应用于损伤修复后的平台结构疲劳寿命评估中。通过对WEN13-1深水导管架平台经损伤加固维修后整体结构的随机动力响应分析,进行了导管架结构构件和管节点的详细疲劳寿命评估,计算模型充分考虑了对平台结构动力性能和疲劳寿命有着显著影响的附属结构和质量。计算结果表明海洋平台结构的一阶模态对动力响应起主要贡献;受损构件相连接的构件疲劳寿命与损伤前相比有明显的降低,但都满足设计使用要求。 (3)建立了海洋平台结构的碰撞损伤分析、受损构件维修加固方案的评估、 摘要 浙江大学工学博士学位论文2003 维修加固对平台结构动力性能和疲劳寿命影响的一整套研究思路和计算分析方 法。 (4)国内首次开展了单点系泊海洋平台导管架结构的可靠性评估。根据 Bz28一1单点系泊导管架平台结构的检测资料,平台所在场址的水文环境资料作 了概率统计分析,对平台导管架结构的管节点强度、结构极限承载能力体系可靠 度和疲劳寿命可靠度及疲劳裂纹扩展寿命进行了系统地评估分析,并提出了相应 的维修加固措施。 (5)开发了海洋导管架平台结构管节点强度校核、疲劳寿命评估和可靠度 分析软件,建立了海洋导管架平台结构强度可靠性、结构极限承载能力体系可靠 性和疲劳寿命可靠性评估体系。为现役平台结构的检测、维护和修理提供了合理 的决策机制。 (6)提出了波浪力、高频系泊力和低频系泊力引起的单点系泊海洋平台导 管架结构的疲劳损伤组合计算方法,对平台结构的疲劳寿命评估更趋于合理。 本文的研究工作得到了国家自然科学基金和海洋石油工程股份有限公司的 联合资助,是国家自然科学基金“九五”重大项目“大型复杂结构的关键科学问 题及设计理论”(项目批准号:59895410)、国家自然科学基金“超载作用下的海 洋平台体系可靠性研究”(项目批准号:59779002)和海洋石油工程股份有限公 司研究项目“场吧N13一1导管架损伤评估与修复方案论证”、“Bz28一1 SPM导 管架平台结构可靠性评估”的组成部分。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P742

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