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导管架海洋平台结构优化设计研究

王兴国  
【摘要】: 本文以结构优化设计理论、工程结构抗震设计理论、工程模糊集理论,并结合海上平台入级与建造规范、建筑结构抗震规范等,在国内外有关研究成果的基础上,充分考虑海洋平台结构优化设计的特点,对海洋平台结构优化设计一些相关问题进行了研究,具体做了以下几个方面的工作: 1 建立了地震作用下导管架海洋平台结构优化的数学模型,把导管架海洋平台看作钢框架结构,并把优化方法用于结构的抗震设计中。以衡量结构造价总重量最小为优化目标,以导管的平均直径和壁厚作为设计变量,考虑强度、刚度和稳定等约束条件。并以渤海油田BZ28-1储油平台为例进行了计算,计算结果表明,此方法对海洋平台的设计具有一定的参考意义。 2 建立了导管架海洋平台结构的抗震模糊优化设计模型,对模型中的设计变量、目标函数和约束条件进行了模糊处理。用模糊优选法确定了约束边界的容差系数,并由改进的界限搜索方法求得了抗震模糊优化问题的最优解。以渤海油田BZ28-1储油平台为例进行了抗震模糊优化设计,计算结果显示,考虑模糊因素进行结构优化设计更具科学性和合理性。 3 在考虑衡量海洋平台结构造价的重量为目标函数的同时,在目标函数中引入衡量结构稳定性的结构构件长细比,从而形成多目标优化问题,并把多目标优化设计方法用于海洋平台结构的设计中。以结构的总重量和结构构件的长细比为优化目标,以导管的平均直径和壁厚作为设计变量,考虑强度、刚度和稳定等约束条件。并以胜利油田埕北11#单井采油平台为例进行了计算,计算结果表明此方法对海洋平台的设计具有一定的参考意义。 4 把多目标优化设计方法用于海洋平台结构的抗震设计中,以衡量结构造价的总重量最小和衡量结构抗震性能最好的总应变能最大为优化目标,对海洋平台结构利用遗传算法进行了多目标优化设计。并以渤海油田BZ28-1储油平台为例进行了计算,计算结果表明此方法对海洋平台的抗震设计具有一定的参考价值。 5 介绍了基于最优设防烈度的抗震结构优化设计的理论和方法,并以渤海油田BZ28-1储油平台为例,在目标函数中既考虑了结构的造价又考虑了损失期望,根据“小震不坏、中震可修、大震不倒”三个水准的抗震设防原则,利用抗震规范的“二阶段”抗震设计方法,对其进行了结构优化设计,得到了考虑造价和损失期望、基于最优设防烈度的最优设计方案。 6 在导管架海洋平台结构的优化设计中,将桩土的相互作用用弹簧—阻尼单元模拟,并把优化方法用于结构的抗震设计中。以结构的总重量最小为优化目标,以导 摘要 管的平均直径和壁厚作为设计变量,考虑强度、刚度和稳定等约束条件。并以渤海油 田Bz28一1储油平台为例进行了计算,计算结果表明,对海洋平台进行优化设计考虑 桩一土一结构相互作用更合理一些。 7针对浅海油田的特点,从投入成本和产出效益角度考虑,设计了一种单腿导 管架海洋平台,在考虑了50年一遇的海冰、20年一遇的海风和20年一遇的海流荷载 工矿组合的基础上,对其结构进行了静力分析,分析结果表明,各构件满足强度和稳 定性要求。 对所设计的单腿导管架海洋平台进行了地震作用分析,得到了结构的自振频率和 振型(取前八阶),并得到了结构各个节点的位移。


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