2015固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)可靠性分析及應(yīng)用指南

固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)可靠性分析及應(yīng)用指南2015年1月目錄第1章總 則 1第1節(jié) 一般規(guī)定 1第2節(jié)規(guī)范和引用文件 2第3節(jié) 定義和縮寫 2第2章 固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的可靠性分析 4第1節(jié) 一般規(guī)定 4第2節(jié) 結(jié)構(gòu)抗力及其分布特性 4第3節(jié) 環(huán)境載荷的分布特性 5第4節(jié) 失效概率的計(jì)算 6第3章 現(xiàn)役導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)評(píng)估的可接受標(biāo)準(zhǔn) 10第1節(jié) 平臺(tái)的分類 10第2節(jié) 現(xiàn)役平臺(tái)結(jié)構(gòu)抗力的可接受標(biāo)準(zhǔn) 第3節(jié) 其它 12第4章按照ISO19902標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù) 13第1節(jié)一般規(guī)定 13第2節(jié)暴露等級(jí)的劃分及環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù) 13第3節(jié)甲板高程的要求 14第5章 固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度分析 16第1節(jié) 概述 16第2節(jié) 圖紙和資料 16第3節(jié) 極限強(qiáng)度分析方法 17第4節(jié) 結(jié)構(gòu)模型 20第5節(jié) 載荷模擬 24第6節(jié) 結(jié)果分析 25附錄 參考文獻(xiàn) 28-1-PAGEPAGE10第1章總 則第1節(jié)一般規(guī)定（臺(tái)按照ISO19902（Petroleumandnaturalgasindustries-Fixedsteeloffshorestructures）進(jìn)行設(shè)計(jì)。（FitnessforPurpose）評(píng)價(jià)時(shí)的可接受標(biāo)準(zhǔn)。（水深3001.1-1。1.1-1（）197240ly，也有分析方法和模型不完善導(dǎo)致的（ModelingUncertint，在環(huán)境載荷長期分布、結(jié)構(gòu)抗力分布、以及可靠性分析模型中進(jìn)其不一致時(shí)，應(yīng)以主管當(dāng)局的要求為準(zhǔn)。第2節(jié)規(guī)范和引用文件本指南主要參考下列版本的法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和本社其它指南。中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》（2000）（2013）（2005）APIRP2A-WSDRecommendedPracticeforPlanning,DesigningandConstructingFixedOffshorePlatforms-StressDesign(2007)ISO19902,Petroleumandnaturalgasindustries-Fixedsteeloffshorestructures(2007)ISO19901-1,Petroleumandnaturalgasindustries-Specificrequirementsforoffshorestructures-Part1:Metoceandesignandoperatingconsiderations(2005)本指南參考的技術(shù)報(bào)告和論文見附錄。第3節(jié) 定義和縮寫定義最大基底剪力進(jìn)行表征。100剪力之比。非構(gòu)件抗力，結(jié)構(gòu)抗力以平臺(tái)的強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)予以表征。P-Delta效應(yīng)－由平臺(tái)徑向位移導(dǎo)致重量重心偏移造成的傾覆影響，在泥面處產(chǎn)生附加彎矩，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆作用?？s寫和符號(hào)LRFD－荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)（LoadandResistanceFactorDesign）RSR（ReserveStrengthRatio）SMYS－最小屈服強(qiáng)度（SpecifiedMinimumStrength）Pf－失效概率（ProbabilityofFailure）β－可靠度指標(biāo)（ReliabilityIndex）－環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù)（PartialActionFactorforActions）2

固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的可靠性分析第1節(jié)一般規(guī)定（和風(fēng)的聯(lián)合作用。22.2.1導(dǎo)管架平臺(tái)的結(jié)構(gòu)抗力RSR可近似的認(rèn)為符合正態(tài)分布，如圖2.2-1所示，其概率密度函數(shù)pRSR(RSR)為：式中：

p (RSR)= 1RSR √2π

exp[—12

RSR—Rm2)]

（2.1）Rm——RSR的均值，由2.2.2款得到；aR——RSR的標(biāo)準(zhǔn)差，aR＝VRRm，其中VR為結(jié)構(gòu)抗力的變異系數(shù)，由2.2.3得到。圖2.2-1結(jié)構(gòu)抗力RSR分布的概率密度函數(shù)RSR的均值可RmR =Lmm

（2.2）式中：Lm——結(jié)構(gòu)倒塌時(shí)的基底剪力均值；L100——100年重現(xiàn)期的環(huán)境載荷引起的基底剪力。結(jié)構(gòu)抗力的變異系數(shù)式中：

V=R √n

（2.3）VC——導(dǎo)管架構(gòu)件壓縮或拉伸強(qiáng)度的變異系數(shù)，VC＝10%；n——結(jié)構(gòu)倒塌時(shí)參與破壞的構(gòu)件數(shù)量。5章。第3節(jié) 環(huán)境載荷的分布特性本節(jié)給出的環(huán)境載荷分布基于的前提是平臺(tái)下甲板有足夠的高程，不化，應(yīng)給予特殊考慮。E的年超越概率PE(E)擬合，其表達(dá)式為：EP(E)=exp[—(E—A)] (2.4)EB式中：E＝ERP/E100，ERP為RP年重現(xiàn)期的環(huán)境載荷產(chǎn)生的基底剪力，E100為100年重現(xiàn)期的環(huán)境載荷產(chǎn)生的基底剪力，E>A；系數(shù)A、B是表征環(huán)境載荷分布的特征參數(shù)。對(duì)于南海海域，推薦A=0.272，B=0.158。2.3-13個(gè)海域環(huán)境載荷的長期分布。圖2.3-1不同海域環(huán)境載荷分布的比較ERP(E)可以過式2.3-2（Hazardue，其斜率反應(yīng)了環(huán)RP(E)= 1

（2.5）2.3-2E第4ERSR如圖2.4-1f∞Pf=P(RSR<E)=?PE(E)?pRSR(E)dE0A—Rm

1式中：

=exp(

+ 2B2)?[1—?

B —(2.6)?()——標(biāo)準(zhǔn)

態(tài)分布函數(shù)；（2.1、式（22、式（23）及式（2.4）圖2.4-1結(jié)構(gòu)抗力分布和環(huán)境載荷分布βPf之間的關(guān)系為：式中：

＝—?1(f)

(2.7)?–1()——標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的反函數(shù)。2.4-23VR＝10%。2.4.1指標(biāo)，其中VR＝10%。圖2.4-2不同海域結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度－年失效概率關(guān)系曲線表2.4.1–南海海域?qū)Ч芗芙Y(jié)構(gòu)抗力－年失效概率－可靠度指標(biāo)RSR均值RSR均值結(jié)構(gòu)年失效概率Pf可靠度指標(biāo)Q1.001.22E-022.2501.021.09E-022.2961.049.64E-032.3401.068.57E-032.3841.087.61E-032.4271.106.77E-032.4691.126.02E-032.5111.145.35E-032.5521.164.76E-032.5931.184.23E-032.6331.203.76E-032.6731.223.35E-032.7121.242.98E-032.7501.262.65E-032.7881.282.36E-032.8261.302.10E-032.8631.321.87E-032.8991.341.67E-032.9351.361.48E-032.9711.381.32E-033.0061.401.18E-033.0411.421.05E-033.0761.449.35E-043.1101.468.34E-043.1441.487.43E-043.1771.506.63E-043.2101.525.91E-043.2431.545.27E-043.2761.564.70E-043.3081.584.20E-043.3391.603.75E-043.3711.623.34E-043.4021.642.98E-043.4331.662.66E-043.4641.682.38E-043.4941.702.13E-043.5241.721.90E-043.5541.741.70E-043.583RSR均值結(jié)構(gòu)年失效概率Pf可靠度指標(biāo)Q1.761.52E-043.6131.781.35E-043.6421.801.21E-043.6701.821.08E-043.6991.849.68E-053.7271.868.65E-053.7551.887.74E-053.7831.906.92E-053.8111.926.19E-053.8381.945.54E-053.8651.964.96E-053.8921.984.44E-053.9192.003.98E-053.9462.023.56E-053.9722.043.19E-053.9982.062.86E-054.0242.082.56E-054.0502.102.29E-054.0762.122.05E-054.1012.141.84E-054.1272.161.65E-054.1522.181.48E-054.1772.201.33E-054.2012.221.19E-054.2262.241.07E-054.2502.269.57E-064.2752.288.59E-064.2992.307.71E-064.3232.326.92E-064.3462.346.21E-064.3702.365.58E-064.3932.385.01E-064.4172.404.50E-064.4402.424.04E-064.4632.443.63E-064.4862.463.26E-064.5092.482.93E-064.5312.502.64E-064.554第3章現(xiàn)役導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)評(píng)估的可接受標(biāo)準(zhǔn)第1節(jié) 平臺(tái)的分類本章關(guān)于人命安全等級(jí)和失效后果等級(jí)的定義應(yīng)符合APIRP2A–WSD的要求。APIRP2AWSD50年100APIRP現(xiàn)役平臺(tái)的暴露等級(jí)分為如下類別：APIRP2AWSD9版～19版設(shè)計(jì)的現(xiàn)役平臺(tái)的暴露等級(jí)人命安全等級(jí)失效后果等級(jí)嚴(yán)重后果中等后果輕微后果有人居住，不可撤離－－－有人居住，可撤離A1A2－無人居住A1A2－APIRP2AWSD20版～21版設(shè)計(jì)的現(xiàn)役平臺(tái)的暴露等級(jí)人命安全等級(jí)失效后果等級(jí)嚴(yán)重后果中等后果輕微后果有人居住，不可撤離－－－有人居住，可撤離L1L2－無人居住L1L2－RP2AWSD20版及以后版本給出的波APIRP2ASD9～1920第2節(jié) 現(xiàn)役平臺(tái)結(jié)構(gòu)抗力的可接受標(biāo)準(zhǔn)100L1RSR1.85021.6。其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)年失效概率分別為1.2110–4和3.7510–4。3.1.3款所述的設(shè)計(jì)載荷的差異12的結(jié)構(gòu)最大年失效概率分別為5.0×104及1.0×103RSR分別為1.551.43。3.2.1準(zhǔn)。表3.2.1–南海海域現(xiàn)役導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)抗力的可接受標(biāo)準(zhǔn)暴露等級(jí)可接受的最小RSR結(jié)構(gòu)年失效概率PfA-11.555.0×10–4A-21.431.0×10–3L-11.801.21×10–4L-21.603.75×10–4由于本指南的可靠性分析模型沒有考慮甲板上浪載荷的特性，因此，RSR*L100波高，其中L100100年重現(xiàn)期的環(huán)境載荷引起的基底剪力。根據(jù)適用的規(guī)則波理論（如：斯托克斯五階波等，計(jì)算出極限波高對(duì)應(yīng)的極限波峰高?？紤]了天文潮和風(fēng)暴增水后的的極限波峰高度如低于平臺(tái)下甲板下沿3.2.4款得到的極限則認(rèn)為平臺(tái)的抗力達(dá)到了可接受水平。第3節(jié) 其它3.3.12平臺(tái)，建議作業(yè)者根據(jù)“盡合理可能的低（”之原則進(jìn)行投資-析，以確定平臺(tái)是否合于使用或采取相應(yīng)的緩解風(fēng)險(xiǎn)措施。第4章按照ISO19902標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù)第1節(jié)一般規(guī)定ISO19902（O2提供了設(shè)計(jì)載荷組合方法（O29.10-1，其4.1.1款所述的可靠度一致性的目標(biāo)。本章給出了適于用1.1.6款所述海域的f,EO進(jìn)行導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。ISO19902的相關(guān)要求。第2節(jié)暴露等級(jí)的劃分及環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù)4.1.1L1L1ISO19902L1暴露等級(jí)進(jìn)行了進(jìn)一步的劃分，把L1L1-GoM暴露等級(jí)。表4.2.1–新建造平臺(tái)的暴露等級(jí)分類人命安全等級(jí)失效后果等級(jí)嚴(yán)重后果中等后果輕微后果有人居住，不可撤離L1L1L1有人居住，可撤離L1-GoML2L2無人居住L1-GoML2L3RSRPf之間的定量關(guān)系（4.2-1所示RSR與yf,E架平臺(tái)的環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù)，并匯總?cè)绫?.2.2所示。圖4.2-1各暴露等級(jí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的年最大失效概率與對(duì)應(yīng)的RSR關(guān)系級(jí)率度度R4.2.2級(jí)率度度R

南海海域?qū)Ч芗芷脚_(tái)的環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù)暴露等年最大失效概Pf*可靠指標(biāo)β強(qiáng)儲(chǔ)備系數(shù)RS（均值）環(huán)境載荷分項(xiàng)系數(shù)yf,EL13×10-54.0132.051.51L1-Go2.5×10-43.4791.671.23L25×10-43.2921.551.14L31×10-33.0761.421.04M注*：L1M

和L2暴露等級(jí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的年最大失效概率參見

ISO19902第9.9.3.31-GoM和3文（iou&vandeGraa,201。第3（1）L1等級(jí)：1×10-4（2）L1-GoM等級(jí)：1×10-3（3）L2等級(jí)：1×10-3（4）L3等級(jí)：1×10-3ISO19901-1A.8.8到的結(jié)果存在不確定性，因?yàn)樽畲蟛ǚ甯吆妥畲蟛ǜ咧g不存在必然的聯(lián)系。第5章固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度分析第1節(jié) 概述本章給出了固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析的一般要求和推薦做法。通常采用推倒分析來實(shí)現(xiàn)。極限強(qiáng)度分析可用于下列情況：確定平臺(tái)結(jié)構(gòu)的極限能力RSR結(jié)構(gòu)維護(hù)、加強(qiáng)和修理評(píng)估平臺(tái)延壽評(píng)估制定基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)計(jì)劃平臺(tái)可靠性分析第2節(jié) 圖紙和資料在極限強(qiáng)度分析前，應(yīng)收集相關(guān)的圖紙和資料，為結(jié)構(gòu)模型的建立和載荷的確定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)提供者應(yīng)保證資料的準(zhǔn)確性和完整性。需要的圖紙和資料設(shè)計(jì)圖紙導(dǎo)管架、鋼樁和組塊結(jié)構(gòu)圖紙環(huán)境條件——風(fēng)、海浪、海流、冰等甲板高程上部載荷和設(shè)備布置土壤資料樁和隔水套管的尺度和設(shè)計(jì)貫入深度附屬構(gòu)件建造資料竣工圖紙制造、焊接和建造規(guī)格書材料跟蹤記錄樁和隔水套管的打入記錄樁的灌漿記錄（如適用）平臺(tái)歷史記錄檢驗(yàn)和維修記錄改造記錄當(dāng)前平臺(tái)情況所有結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸、位置、高程上部載荷和設(shè)備布置水下調(diào)查情況，包括海生物、海底沖刷等平臺(tái)腐蝕、測厚和探傷情況最新的環(huán)境條件損傷構(gòu)件詳細(xì)報(bào)告修理后構(gòu)件檢驗(yàn)報(bào)告第3節(jié) 極限強(qiáng)度分析方法在實(shí)際工程中，通常采用非線性“靜態(tài)推倒”分析方法來進(jìn)行極限強(qiáng)5.3-1所示。圖5.3-1典型的極限強(qiáng)度分析載荷—變形情況設(shè)計(jì)載荷100重現(xiàn)期設(shè)計(jì)風(fēng)暴工況()5.3-1屈服載荷5.3-15.3-1所示。最大載荷5.3-1所示。整體倒塌結(jié)構(gòu)倒塌有兩種類型：脆性倒塌和塑性倒塌,如圖5.3-1所示。者之間不存在可用性極限載荷。和極限載荷之間有較大的冗余量。魯棒性魯棒性指的是結(jié)構(gòu)屈服載荷與極限載荷之間的冗余量,如圖5.3-1所示。冗余量越大，結(jié)構(gòu)的魯棒性就越好，冗余量越小，結(jié)構(gòu)的魯棒性就越差。推倒分析流程推倒分析的流程如圖5.3-2所示。推倒分析關(guān)鍵點(diǎn)4、5、6節(jié)詳細(xì)介紹。初始推倒載荷的確定20%5m5.3-2KK0.8-1.2之0.8-1.2第4節(jié)結(jié)構(gòu)模型鋼材屈服強(qiáng)度()或期望平均屈服強(qiáng)和跟蹤文件，應(yīng)加以利用。如無法得到實(shí)際屈服強(qiáng)度，那么可以利用材料最小屈服強(qiáng)度來估算其期望平均屈服強(qiáng)度；1.10；350MPa1.05250MPa1.10的系數(shù)。導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)模擬而設(shè)計(jì)分析模型只使用線性單元。腿柱的模擬撐桿的模擬5.4-1所示。來代替模擬其非線性分析。圖5.4-1

典型的屈服失效和屈曲失效時(shí)載荷變形曲線節(jié)點(diǎn)的模擬節(jié)點(diǎn)能力應(yīng)使用合適的計(jì)算公式2A-WSD(不含安全系數(shù))。

入在模型中，可以參考APIRP素。

，尤其是其對(duì)樁基承載力的貢獻(xiàn)。-立管的模擬在大多數(shù)情況下，立管的強(qiáng)度可以不計(jì)入模型中，而僅計(jì)入其引起的波流載荷。在某些情況下，立管是結(jié)構(gòu)整體的一部

，例如J型管或者彎導(dǎo)管。在這種情況下，它們應(yīng)該模擬成為可以承載的構(gòu)件。附屬構(gòu)件的模擬不大，可以不考慮。損傷構(gòu)件的模擬甚至幾個(gè)撐桿對(duì)整體結(jié)構(gòu)的極限能力影響不大。ISO19902提供的損傷構(gòu)件剩余強(qiáng)度的計(jì)算方法。樁基模擬模擬樁--p-y線表示樁基垂向載荷，Q-z曲線表示樁頭載荷。鋼樁鋼樁應(yīng)采用非線性梁單元，以模擬其在泥面下的彎曲失效。樁-土相互作用樁-土相互作用曲線(p-y、t-z、Q-z)通常由現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查報(bào)告提供或者按APIRP2A-WSD計(jì)算。樁-土相互作用曲線有靜態(tài)(也叫“原始”)和動(dòng)態(tài)(也叫“弱化”)兩種形式，其中弱化的數(shù)據(jù)用于推倒分析。弱化的樁-土相互作用曲線是考慮樁基在大量的波浪作用下發(fā)生的往復(fù)位移對(duì)樁基承載力的弱化作用。樁基敏感性分析根據(jù)實(shí)際的平臺(tái)倒塌案例調(diào)查情況來看，幾乎沒有平臺(tái)倒塌是由于樁基失效引起的。但是，在對(duì)實(shí)際發(fā)生倒塌的平臺(tái)和幸存的平臺(tái)進(jìn)行極限強(qiáng)度分析顯示，徑向彎曲或軸向