導管架平臺結構的可靠度設計與安全監(jiān)測評定.pdf

1、海洋平臺結構是我國近海油氣開采的重要基礎性設施，是海上生產(chǎn)作業(yè)和生活的基地。同時，海洋平臺結構復雜、體積龐大、造價昂貴，所處海洋環(huán)境十分復雜和惡劣。海洋平臺結構的荷載和抗力、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，將可靠度理論應用于海洋平臺結構的設計和運行管理逐漸受到重視；同時，近年來結構健康監(jiān)測技術為保障海洋平臺結構安全提供了新的高技術手段。因此開展基于可靠度理論的海洋平臺結構分析設計、檢測、監(jiān)測和運行管理對保障平臺結構

2、安全具有重要的實際意義。
　　本文在國家“九五”自然科學基金重大項目專題“海洋環(huán)境隨機荷載及其組合”和國家“863”計劃項目“海洋平臺結構的實時監(jiān)測與檢測成像技術”的資助下，對導管架海洋平臺結構的可靠度分析與設計、基于監(jiān)測的平臺結構實時安全評定與可靠度預測等進行了深入的研究，主要研究內容如下：
　　1．針對海洋環(huán)境極值荷載統(tǒng)計資料多種來源的特點，建立了多種來源資料的可信度計算方法和融合先驗概率模型；采用非正態(tài)隨機變量的正態(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)和實際風速資料驗證了方法的合理性，為更合理有效地利用寶貴的海洋環(huán)境觀測資料進行海洋環(huán)境概率荷載建模提供了基礎。
　　2．將海洋環(huán)境荷載作為平穩(wěn)二項隨機過程，考慮參與組合的荷載隨機變量間的相關性，提出了相關隨機荷載的組合方法，并確定了荷載組合系數(shù)。應用該荷載組合方法校準了目前常用的經(jīng)驗性的荷載組合規(guī)則的

4、保證率。利用風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行了對比分析，驗證了該方法的正確性。
　　3．基于均勻試驗設計方法提出了結構構件可靠指標計算方法，并應用典型算例驗證了其有效性。提出了一種效率高、精度高的具有隱式功能函數(shù)的構件可靠度計算方法，并應用典型算例驗證了該方法的有效性。響應面是求解大型復雜結構系統(tǒng)可靠度的一種重要方法，該方法的計算精度和計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)的試驗設計。本文將功能函數(shù)進行泰勒級數(shù)展開，近似取其線性項，推導出了響應面法中初始試驗中心點的確定算法，通過對4個典型算例的計算，表明采取方法有效地提高了響應面法的計算效率。成功地將該方法應用于 CB32A平臺結構整體變形剛度可靠度的計算。
　　4．根據(jù)我國渤海海域大量詳實的環(huán)境資料和平臺設計資料建立了風、浪、流、冰環(huán)境荷載及自重荷載和甲板活荷載的統(tǒng)計特征；建立了結構構件和管節(jié)點在不同受力條件下的對應抗力的統(tǒng)計特征。根據(jù)

6、 API規(guī)范校準其工作應力法的安全系數(shù)，確定了導管架平臺結構的目標可靠指標。以荷載和抗力的統(tǒng)計特征為基礎，采用荷載抗力系數(shù)設計表達式，優(yōu)化確定了導管架平臺結構概率極限狀態(tài)設計分項系數(shù)和荷載組合系數(shù)，從而建議了我國鋼質導管架平臺結構的實用設計表達式。
　　5．以海洋平臺結構的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，研究了平臺結構整體確定性安全評定和可靠度預測方法。建立了基于結構動力參數(shù)修正結構剛度的結構極限基底剪力確定方法；以基底剪力為監(jiān)控指標建立了海