某海洋导管架平台受损构件剩余强度优化.pdf

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1、第42卷第1期2013年02月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGV01．42No．1Feb．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．01．038某海洋导管架平台受损构件剩余强度优化江芹1。张少雄1，喻之凯2(1．武汉理工大学交通学院，武汉430063；2．深圳市润渤船舶与石油技术服务有限公司，广东深圳518067)摘要：采用ISO标准推荐公式对受损构件作截面缩减，通过SACS软件计算某构件受损后的剩余强度，并评估受损构件受损后对平台整体强度的影响程度。采用有限元软件MSC．Patran模拟受损构件，计

2、算具有不同凹陷深度的受损构件的剩余强度，分析和回归结果数据得出受损构件截面缩减公式，并与ISO标准推荐公式进行比较和分析。关键词：导管架平台；受损构件；剩余强度；截面缩减中图分类号：U674．38文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)01-0142-04钢质导管架平台在复杂的海洋环境中工作，除了受到正常的工作荷载外，还要受到海风、波浪、海流和海冰等环境荷载的作用⋯。同时还可能发生意外事故，如供应船与平台结构的碰撞，平台上部模块落下的重物等。碰撞经常使平台结构构件发生整体弯曲和局部凹陷变形，承载能力降低，影响构件的安全，由于海上受损构件的

3、修理比较困难，而且费用较高，对海洋平台结构受损构件剩余强度进行评估，是提出合理可行的修理加固方案的前提条件。在研究海洋导管架平台结构碰撞文献中，大多是从动力学和准静态角度研究平台碰撞过程。本文主要从工程意义角度出发，以某海洋导管架平台在安装时某构件受损为例，对受损构件进行剩余强度评估，并采用有限元方法研究受损构件的截面缩减公式。1受损平台概述该平台是一座4腿12裙桩深水导管架钢质平台，设计水深为101m。在导管架平台完成组块吊装后，对导管架水下杆件进行检查时，发现该导管架EL(一)32m水平层一根构件发生局部凹陷变形。该损伤降低了导管架的安全系数，需根

4、据实际情况对损伤情况进行评估，为平台结构进行整体分析和提出合理修复方案提供依据。收稿日期：2011—06—22修回日期：2012—02—25第一作者简介：江芹(1986一)，女，硕士生研究方向：结构稳定性与可靠性E-mail：jiangqinkg@163．com1422杆件损伤情况描述受损构件的位置位于导管架EL(一)32m水平层，是一根直径914mm，壁原19mm的水平圆管，长度18．3m(见图1)。其材料的屈服强度415MPa。局部凹陷变形的深度150mm，宽度400mm，长度1200mm，位于构件中部。卜图1EL(一)32．∞m水平层结构布置3受

5、损构件剩余强度评估为评估受损构件剩余强度以及对平台整体强度的影响，采用原详细设计的SACS模型和载荷条件等，对平台结构进行弹性范围内的静力分析。根据杆件的受损情况，强度评估的假设条件如下。①受损构件与其它相邻杆件连接焊缝完好；②受损构件变形部分不考虑产生裂纹；③受损构件的整体变形按75mm考虑。某海洋导管架平台受损构件剩余强度优化——江芹，张少雄，喻之凯3．1受损构件截面缩减APIRP2A中‘引没有对受损构件截面折算的推荐做法，目前导管架平台整体分析的SACS软件引用了ENISO19902旧1等做法来评估受损杆件。ISO和大量支持文献对截面的凹陷程度要

6、求为h≤0．3D且h≤10t。此受损杆件的h／t=7．9<10，在ISO推荐公式的范围内。受损构件截面积缩减公式如下。Ad=f。A(1)，d=fm，。(2)f。=e加附‘(3)f。=e卸删‘(4)式中：^——凹陷的最大深度；￡——圆管壁厚；A。——受损截面的有效面积；A——未受损截面面积；亭。——截面面积缩减系数；，。——受损截面有效惯性矩；，。——未受损截面惯性矩；f。——惯性矩缩减系数。按照上述公式对凹陷截面积和惯性矩进行折算。受损截面有效面积A。=283．9em2；受损截面有效惯性矩la=333072．1eln4。3．2评估结果及分析在导管架平台

7、SACS模型中输入修正后受损构件的截面特性(见图2)和屈服强度进行平台整体强度核算，核算采用的载荷与详细设计一致。图2受损导管架平台SACS实体模型1)未受损时，在极端情况下(即百年一遇工况)，按415MPa校核，该杆件应力比为0．33；承受的最大轴向力为3948．7kN。2)受损后，按415MPa屈服强度校核，极端情况下最大应力比值为0．51。承受的最大轴向力为3891．8kN。由上述结果可知，该构件受损后最大应力比值增大了0．18，轴向承载力降低了56．9kN。该构件受损后的最大应力比值小于1．0，仍满足API规范要求。整个平台强度仍能满足作业要求

8、，但需要对受损构件进行修复。4有限元方法求截面缩减公式4．1有限元模型受损构件是长度为1830