导管架海洋平台系统可靠性分析

海洋平台结构与设备的可靠度与风险评估海洋平台在海洋油气田开采中起着决定性的作用，海洋平台结构的稳定以及设备的可靠性影响着海洋油气田开采的效率。

海洋平台结构受到外部因素而发生损坏时，不仅会使工作人员的生命安全和财产安全受到损失，而且会给环境造成巨大的污染，还会使企业受到较大的经济损失和设备损坏。

为了保障海洋平台结构与设备的可靠性，相关部门要针对其中存在的问题提出相应的解决方案。

标签：海洋平台；结构分析；设备的可靠性；风险评估1 前言海洋平台的结构与设备的稳定性评估成为海洋油气能源开发的前提，进行良好的评估为长期的油气开采工作提供了良好的保障。

本文主要从导管架平台极限承载力时变可靠性评估、爆炸条件下海洋结构平台所发出的结构响应分析、海洋平台爆炸风险评估等三个方面进行了较为详细的阐述。

同时对于评估过程和评估方法进行了一系列研究与改进，旨在提高海洋平台结构与设备评估的准确性和有效性。

2 导管架平台极限承载力时变可靠度评估在油气开采过程中，导管架平台得到了非常广泛的应用，但是在具体应用过程中由于多方面因素的影响，诱发了多起海洋平台失效事故，造成了巨大的經济损失，此时就需要相关部门做好海洋平台的安全评估工作。

海洋环境条件比较复杂，在腐蚀等因素的作用下，将会严重减弱海洋平台的抵抗能力，因此随时间变化来对海洋平台的可靠性进行评估尤为重要。

如今，时变可靠度评估离实际工程中的应用还存在一定的距离，尤其是与海洋平台相关的变可靠度分析更是少之又少。

通常情况下，对于不同部位的导管架平台其腐蚀速率存在一定的差异，比较常见的导管架平台腐蚀区域包括潮差区、大气区和浸没区三大部分。

这些部位的腐蚀速率从大到小依次为大气区、浸没区、潮差区。

其中大气区主要是对结构的上部构建产生一定的影响，而浸没区和潮差区一般会对导管架构件产生影响，且对平台的安全性提出了非常高的要求。

对于海洋平台而言，当导管架平台建立在潮海海域时，需要对其冰荷载给予考虑，反之如果建立在中国南海区域时，不需要对其冰荷载给予考虑。

1 前言随着我国海洋石油战略的实施，海洋石油开发显得越来越重要。

导管架海洋平台作为海洋资源开发的基础性设施，由于性能优良，施工方便等优点，很快得到推广和发展。

因此针对目标平台所处海域海况以及生产需求的导管架海洋平台优化设计成为一项重要的研究内容。

由于海洋平台结构复杂、体积庞大，传统的分析方法由于计算过程繁杂、计算量大等原因难以对导管架海洋平台整体的位移及各局部结构的受力状态给予准确计算。

笔者借助于大型CAE软件ANSYS的优化分析功能，以国内某导管架海洋平台为研究对象，通过建立合适的导管架平台有限元模型，对海洋平台在海洋波浪荷载和风荷载作用下的受力进行分析，并对海洋平台进行优化，从而为海洋平台为安全运行、成本控制提供了合理的数字化分析结果。

2 导管架海洋平台模型建立本文以某导管架海洋平台为例，计算结构总模型及各层间导管布置如图1所示，采用固定式导管架结构，生产平台导管架为6腿成矩形布置，工作点平面尺寸为32m×34m。

上部组块共分四层，主尺寸为46m×40m，层高8m，设计水深为12.2m。

该类型的海洋平台由上部结构和基础结构两部分组成。

上部结构指平台的甲板梁、板、立柱等结构；基础结构又叫支承结构，由导管架和桩组成。

3 导管架海洋平台受力分析运用ANSYS软件，对导管架平台进行受力分析，得到平台的最大位移，最大MISES应力的变化情况。

平台腿1和腿2的水平向位移及MISES应力随平台腿深度的变化如图6和图7所示。

由图6和图7可以看出，当平台腿深度为0.88m时，平台腿2的水平方向位移为7.96mm，对应该位置点的MISES应力为4.85MPa；当平台腿深度增大到11.3m时，平台腿2的水平方向位移为2.44mm，对应该位置点的MISES应力为9.40MPa；由此可以得出，随着平台腿深度的增大，导管架腿的Y方向位移逐渐减小，但其MISES应力逐渐增大。

4 导管架平台优化分析ANSYS结构优化提供两种算法，一种是零阶近似算法，另一种是一阶算法，本文采用一阶算法，选择各层型钢梁以及导管架结构中柱的剖面尺寸作为优化设计的对象。

海上平台导管架腿柱结构强度和稳定性分析
李清明;陈第一;祁雷;李宁;孙兆恒;刘子梁
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2024(39)3
【摘要】根据南海北部大陆西区气田的分布情况,为更经济和绿色地增加气田的产量,需要新增立管连接2个气田平台。

以支撑平台导管架的腿柱结构为研究对象,采用7套复合材料背负式管卡安装立管,并考虑腿柱实际受载工况,分析当管卡在不同位置时导管架腿柱结构强度和屈曲稳定性。

借助所构建的SACS计算模型,验证在水深88 m下,采用7套复合材料背负式管卡时,海洋平台导管架腿柱结构的安全性和可靠性,为在相同工作环境下平台腿柱结构的设计提供参考。

【总页数】6页(P46-51)
【作者】李清明;陈第一;祁雷;李宁;孙兆恒;刘子梁
【作者单位】中海石油(中国)有限公司湛江分公司;华南理工大学海洋科学与工程学院;中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE95;P751
【相关文献】
1.基于模型冰试验的多腿柱导管架平台结构最大冰载荷计算新方法——以渤海绥中36-1油田AII井口平台为例
2.单腿导管架平台的设计与结构内力分析
3.海上升压
站平台桩和上部结构柱腿连接强度分析4.基于带缆工况下的导管架主腿结构强度分析5.海上风机导管架基础钢管桩稳桩平台结构强度分析
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然而，目的研究主要集中在材料、设计参数的选择等方面，而对其结 构形态、构造方法等关键问题的研究尚不充分。
二、导管架海洋平台结构优化设 计研究方法
结构优化设计的方法主要包括实验设计、数值模拟和人工智能等。实验设计 通过在实验室内模拟各种工况，对平台结构进行实际测试，以获取最真实有效的 数据。数值模拟则利用计算机技术，对平台结构进行一系列虚拟仿真，以得出最 优设计方案。人工智能则通过建立数学模型，运用遗传算法、神经网络等手段， 实现平台结构的智能优化。
3、环境条件：海况、风荷载、浪高等环境条件也会影响平台的地震响应。 例如，在强风和巨浪条件下，平台会发生风致振动和海流振动，这些因素会与地 震响应产生耦合作用，增加平台的损伤风险。
参考内容二
导管架海洋平台结构优化设计： 现状、挑战与未来
导管架海洋平台，作为海洋工程的重要组成部分，在能源、通信、科研等领 域具有广泛的应用。随着海洋工程的不断发展，对导管架海洋平台结构优化设计 的需求也日益迫切。本次演示将探讨导管架海洋平台结构优化设计的研究现状、 挑战以及未来研究方向。
文献综述
过去的研究主要集中在导管架海洋平台的动力特性、设计方法、环境荷载等 方面，对于地震响应的研究相对较少。已有的研究主要从数值模拟和实验两个方 面展开。数值模拟方面，研究者利用有限元方法对平台进行建模，探讨了地震作 用下的响应规律和影响因素；实验方面，通过振动台试验和实地测试等方法，研 究了平台的地震反应和损伤机理。
一、导管架海洋平台结构优化设 计研究现状
导管架海洋平台的优化设计研究主要集中在结构分析、稳定性评估和耐候性 等方面。结构分析主要平台结构的承载能力和位移，旨在确保平台在各种工况下 的安全性。稳定性评估则侧重于研究平台在风、浪、流等环境条件下的稳定性， 以保证其功能的可靠性。耐候性研究则针对平台的抗腐蚀、防生物附着等问题， 以提高平台的服役寿命。

在役海上平台导管架结构特检评估海上平台导管架是石油和天然气产业中的重要设施，用于将海底的管线引入平台进行处理和输送。

导管架结构承载着重要的功能和责任，因此其特检评估尤为重要。

本文将对海上平台导管架结构特检评估的背景、目的、方法和意义进行详细阐述。

一、背景海上平台导管架结构是一种复杂的工程结构，承受着海水、气候等外部环境因素的影响，同时还要承受来自管线传输的压力和负荷。

随着使用年限的增加，导管架结构可能会受到腐蚀、疲劳、裂纹等问题的影响，进而影响其安全性和稳定性。

因此，对导管架结构进行特检评估，能够及时发现问题并采取有效措施进行修复和加固，确保其安全可靠地运行。

二、目的导管架结构特检评估的主要目的是评估导管架结构在使用过程中的安全性和可靠性，及时发现结构中存在的问题和隐患，预防事故的发生，保障设施和人员的安全。

通过特检评估，可以确保导管架结构符合相关标准和规范要求，提高其承载能力和抗风压能力，延长使用寿命，减少维护成本。

三、方法导管架结构特检评估通常包括以下几个方面：结构安全评估、结构可靠性评估、结构材料性能评估、结构腐蚀评估等。

评估过程需要进行现场勘察、数据采集、结构分析等工作，以全面了解导管架结构的状况和问题。

在评估过程中，需要借助专业设备和软件进行检测和分析，识别结构的疲劳裂纹、腐蚀损伤等问题，并提出相应的加固和修复措施。

四、意义导管架结构特检评估是保障海上平台运行安全的重要举措。

通过及时评估导管架结构的安全性和可靠性，可以发现并解决结构存在的问题，减少事故的发生概率，提高设施的运行效率和稳定性。

特检评估结果还可以为设施管理提供依据，指导设施的维护和管理工作，延长设施的使用寿命，降低维护成本，并为设施的后续发展提供保障。

综上所述，海上平台导管架结构特检评估是确保设施安全可靠运行的重要环节，对其进行全面评估和定期检测具有重要的意义。

希望相关单位和专业人员重视导管架结构特检评估工作，及时发现并解决存在的问题，确保海上平台的安全生产和运营。

２１ ０ ２年 ５月 １ Ｊ 到 ， ３ 日修 改 ８Ｌ收 ５月 ０
第 一作者简介 ： 淑华 （ ９ ４ ） 女 ， 宁 大连人 ， 士 ， 士 ， 导 张 １６ 一 ， 辽 博 博 ｛ ｉ 师。存 Ｆ本从事过相关研究二年 ，０ ４河海大学港航学 院教授 。 １ ２０
通信作彳简介 ： 辛 徐 岸 与近海 磊 （９ ５ ） 男 ， 苏 徐 州 人 ， 海 大 学 港 口海 １８ 一 ， 汀 河
பைடு நூலகம்
蒙特卡 罗法 Ａ
随机 有限元
Ｕ ５． ； ６ ６ ６
文献标志码
海 洋平 台是海 洋资源 开发 的重 要基 础设 施。
其结 构 复杂 、 体积 庞 大 、 价 昂贵 ， 造 而且 它 所 处 的海
洋环 境 复杂恶 劣 ， 直接 影 响平 台 的安全 。历 史 上曾
１ 可 靠性 分析
软 件 Ａ Ｓ Ｓ概 率 设 计 模 块 ， 蒙 特 卡 罗 随机 有 限元 法对 结 构 可 靠 度 进 行 综 合 评 估 。 并 分 析 各 种 载 荷 因素 对 平 台 可 靠 度 的影 ＮＹ 用 响 ， 到 了较 满 意 的 结 果 。 得
关键词 导管架 中图法分类号
可 靠性
谱分 析
度 的 因素进 行评 估 ， 导管 架 平 台 的设 计 有 重 要 的 对 意义 。在 以往 的计 算 中对 于材 料 的变 异 性 、 载 的 荷 随机 性往 往考 虑 较少 ， 法 真 实反 映结 构 的可 靠 性 无
水平 ， 因此本 文采 用 随 机 有 限元 方 法 来 计 算 导 管架 平 台的可 靠 性 。运 用 Ａ Ｓ Ｓ概 率设 计 模 块 （ Ｄ ） ＮＹ Ｐ Ｓ 采 用谱 分 析 法 计 算 了 海 洋 平 台在 仅 受 随 机 波 浪 荷

导管架平台动力性能及安全性分析作为常见的海上结构,导管架平台在完成钻井、采油、储油等作业的同时,由于长期暴露在海洋环境当中,会受到恶劣的天气环境以及其他诸多复杂因素的影响,有时还会受到爆炸、撞击等偶然载荷的作用,因此平台倒塌事故时有发生,这不仅造成了严重的环境污染,同时也带来了巨大的经济损失。

为保证结构在恶劣环境下的抗倒塌能力,延长结构的服役期,有必要从整体结构层面出发,研究平台结构的整体安全性能。

目前导管架平台的整体安全水平研究主要围绕在静力载荷作用分析的阶段,由动力载荷造成的整体倒塌以及所体现的安全储备方面研究较少。

同时,对于导管架的倒塌过程,很少进行结构内部杆件的屈服过程与塑性发展特性相关探讨。

本文针对以上几个问题展开了相关研究：探究了非线性方法在有限元分析中的实施手段。

对于常见的倒塌分析,一般要求考虑材料、几何非线性,从而能够模拟更为反映实际情况的倒塌过程,因此有必要深入了解非线性在结构分析中的实施过程与分析手段。

将推导二维梁单元的几何、材料非线性有限元模型,结合Newton-Raphson方法编制程序,研究非线性在结构分析中对计算结果产生的影响。

研究了导管架平台的静力倒塌安全性。

采用某冰工况下的环境要素,以及基于提高重现期的载荷增量方法,对平台进行了Pushover分析,得到了不同方向的结构承载力与杆件塑性发展过程,进而根据其储备强度(RSR)探讨了结构整体安全性能；编制了逐步回归响应面程序,该方法不需提前给出功能函数,且计算效率较高。

然后,计算了结构的整体可靠度,并通过给定拟合方程的JC法验证了程序的可靠性。

研究表明,尽管两类指标的研究侧重点不同,但两类指标均能很好地对结构的安全性进行描述。

在地震作用下,对导管架平台进行了动力性能研究。

选择了26条具备不同频谱特性的三向地震记录,采用IDA方法对结构进行了动力增量分析,在分析中记录不同地震波作用下结构全过程响应信息与杆件状态信息,以及塑性点、倒塌点对应的载荷水平。

极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台有限元分析导管架式海洋平台是一种常见的海洋工程结构，用于支撑海底管道和设备，具有抗冲击和稳定性好的特点。

然而，在极寒环境下，海洋工程结构面临的主要挑战是冰的载荷作用，因此需要进行有限元分析来评估结构的稳定性和安全性。

本文将对极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台进行有限元分析。

首先，需要建立一个合适的有限元模型来描述海洋平台的几何形状和材料属性。

然后，引入冰的载荷作用，并将其施加在海洋平台的上部结构上。

根据实际情况，可以选择不同的冰载荷作用模型，如冰块撞击、冰覆盖等。

在加载过程中，可以监测结构的位移、应力和变形等参数。

接下来，可以使用合适的有限元软件进行数值计算，如ABAQUS、ANSYS等。

在计算过程中，需要考虑材料的本构关系和边界条件。

在边界条件方面，可以选择固定边界、自由边界或多自由边界。

根据实际情况，还可以对模型进行网格剖分和单元类型选择等预处理。

在计算得到结构的位移、应力和变形等结果后，可以对结构的安全性和稳定性进行评估。

常见的评估方法包括静态强度分析、动力响应分析和疲劳寿命评估等。

在评估过程中，需要根据设计标准和规范，对结构的破坏准则、失稳准则等进行分析。

最后，可以根据有限元分析的结果，提出相应的优化建议。

对于存在问题的部分，可以考虑增强结构的刚度或加强冰的防护措施等。

同时，还可以针对不同的冰载荷情况进行参数研究，为冰工程的设计和施工提供科学依据。

综上所述，极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台的有限元分析是一项复杂而重要的工作。

通过合适的建模和计算方法，可以评估结构的稳定性和安全性，并提出相应的优化建议，为海洋工程的设计和施工提供依据。

有 限元 计算 模 型 ， 过 对 随 机 波 浪荷 载 作 用 下 深水 通
导管架 平 台进行 结 构 动力 响应 计 算 ， 定 应力 传 递 确
函数 ， 得到 随机应 力 谱 ； 此 基 础上 ， 于 Ｍｉｅ 线 在 基 ｎｒ 性 疲劳 累积损 伤原 理 和 可 靠 性 理论 ， 概率 的角 度 从
式 （ ） ： ） １ 中 Ｈ（ 为传 递 函数 ； 圆频 率 。 ∞为
采用 时 间域 内作用 规则 波来 确定 传递 函数 。假 定 导 管架平 台结 构受 一 给定波 幅 和 圆频 率 的规则 波 作用 ， 根据 Ｍｏｉ ｎ公 式 计 算 作 用在 导 管 架 结 构上 ｒｏ ｓ 的波浪 诱导 载荷 ， 后 采 用 有 限元 法 对 导 管 架 平 台 然 结 构进 行动 力 响应 力 分 析 ， 到平 台结 构 的应 力 和 得 位 移等 响应 ， 将所 得 到 的 研究 部位 的响 应 幅 值 与波
随 机 波 浪 荷 载 作 用机 波 浪 过 程 ｒ ｔ与 平 稳 正 态 随 机 交 变 应 力 过 ｌ） （
程 口 ｆ的功率 谱 密度 函数 ， （） 则有 ＿ ２ ］ Ｓ 叫 （ ）一 Ｊ ∞ （ ） Ｈ（ ）ｌ Ｓ ∞ （） １
靠 性分 析就成 为重 要 的研究 内容 。传 统 的研 究 方法
是 通过 经验公 式 或有 限元 方 法 得 到构 件 热 点 应 力 ，
再 通过 一定 的近似 方 法 得 到 等 效疲 劳 应 力 幅 值 ， 但 这种 方 法把真 实 的随机载 荷过 程 简化成 等 幅载荷 过 程 ， 能 真 实 地 描 述 海 洋 波 浪 的 随 机 性 ］ 不 。针 对 ２ ０ｍ 水深 导管 架 平 台 ， 者 基 于 谱 分 析 理 论建 立 ０ 笔

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收 稿 日期 ：０ １ｌ— ８ ２ ０一 １０ 作 者简 介 ： 钢 军 （ ９ １）男 ， 士 ． 师 翟 １７一， 博 讲
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第 １ ７卷
第２ 期
中
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洋
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台
・１ ７・
１ ２ 失 效 概 率 和 可 靠 指 标 ．
构 件 的功 能 函数 出现 小 于零 （ ｚ＜ Ｏ ）的概率称 为该 构件 的失效概 率 Ｐ，
。
Ｐ ＜）， ｘ ， 一 ０ 二（ 一 三 删ｘ
。
（ ４ ）
，
其 中 凡 （ 是 极 限强 度 Ｒ的概 率分 布函数 ， ａｘ）为结构相应 量 ｓ的概率 密度 函数 通 常 ， 仅对 ｘ） ｆ 仅 于最简单 的结构 构件 ， 失效概 率 才可用两 个 随机变 量 Ｒ和 Ｓ表达 这 主要是 由 于 Ｒ和 Ｓ都不是 已知 的
、 墨 ｘ： … ｘ 为基本 变量 ， 它们 是结 构上 的各 种作 用荷 载、 材料性 能 和几何 参数等 当 ＝＞ ０对 、 结 构处 于可 靠状 态 ： ：一 ０时 ， 构处 于极 限状 态 ； 。＜ ０时 ， 构处 于失效状 态 。 当 结 当 结
１ 结 构 随 机 可 靠 性 分 析 的 概 念
结构 的可靠 性是 指结 构在规 定条 件下 和规定 时 间内完成预 定功 能 的能力 嵌据 述 的定 义 ． 然结 显 构 的可靠 性分 析属 于随机 分析 的范畴 ， 因为结 构 的一 系列基本 变量 都具有 不确定性 侧 媚 把结构抗 力 模 拟 为“ 机变 量” 随 的概 率模 型 ； 风雪 荷 载和接 面活 荷载模 拟 成“ 枧过程 ” 把地 轰作 用模 拟成 机 把 琏 ； 随 过程 ” 时 间序列” 或“ 的概 率模 型 。因此 结构 可靠 性分析应 当利 用统 计教学 建立散 学模 堡 、 即利 用统 计数 学 的理 论 和方 法来处理 结 构 问题 的随机 性 。目前 ， 在结构 可靠 性分 析中 ， 祝有 限元法是 丁分 有效 的二 雕 具 。结 构 的可靠 性问题 是 随机有 限元 的一个 重要 应用领域 。

海洋平台的结构强度与稳定性分析海洋平台是一种在海洋中建造的人工平台，用于开展海上石油钻探、海洋科学研究、风电场建设等活动。

在海洋环境中，海洋平台的结构强度和稳定性是非常重要的，对于保证平台运行的安全性和可靠性至关重要。

本文将对海洋平台的结构强度和稳定性进行分析，并提出相应的解决方案。

一、结构强度分析1. 荷载计算海洋平台的结构强度受到多种荷载的影响，包括自重、风载、浪载、冲击载荷等。

在设计海洋平台时，需要根据平台的用途和运行环境合理计算各个荷载的大小，并采取适当的安全系数进行荷载设计。

2. 结构材料选择海洋平台的结构强度与所采用的材料有密切关系。

传统上，海洋平台的结构多采用钢结构，但随着高性能材料的发展，复合材料也逐渐应用于海洋平台的建造中。

选择合适的结构材料可以提高海洋平台的强度和耐久性。

3. 结构设计在海洋平台的结构设计中，需要考虑平台的稳定性和结构的强度。

采用合理的结构形式和连接方式，合理布置支撑结构和刚性连接，可以提高平台的整体结构强度。

二、稳定性分析1. 海底基础设计海洋平台的稳定性受到其海底基础的影响。

根据海洋平台的类型和运行环境，可以选择适合的基础形式，如桩基、板基等。

通过合理设计基础的形状和尺寸，保证海洋平台的稳定性。

2. 平台动力响应分析海洋平台在海洋环境中受到风力、波浪等外部荷载的作用，产生动态响应。

通过对平台的动力响应进行分析，可以评估平台的稳定性，并设计相应的减振措施，如增设阻尼器、减小平台的共振频率等。

3. 风、浪和冲击力分析在海洋平台的稳定性分析中，需要对海洋环境中的风、浪和冲击力进行综合分析。

通过采用海洋气象数据和水动力学模型，可以计算风、浪和冲击力的大小和作用方向，从而评估平台的稳定性。

总结：海洋平台的结构强度与稳定性分析对于确保平台的安全性和可靠性至关重要。

在设计过程中，需要合理计算各个荷载的大小，选择适当的结构材料，设计合理的结构形式和连接方式。

同时，进行稳定性分析包括海底基础设计、平台动力响应分析以及风、浪和冲击力分析等，保证平台在海洋环境中稳定运行。

为了对大型结构如海洋平台的疲劳可靠性及疲劳寿命进行比较准确地评价 并减少计算工作量,针对大型复杂的海洋平台结构在疲劳可靠度计算与疲劳寿命 的预测过程中存在的诸多不确定性,如平台所处环境的复杂性、所受载荷的高突 发性、强随机性和强可变性, 及在力学分析计算过程中的复杂、烦琐和重复工作 等问题.本文主要做了如下几方面的工作，以达到简化大型结构的复杂程度、减 少疲劳可靠性计算及疲劳寿命预测的工作量,同时可在一定程度上提高计算精度 的目的. （１）论文运用ＡＮＳＹＳ ＡＰＤＬ自编语言对平台结构进行整体分析：建模－求解－ 后处理．由波浪环境着手，经过动力分析以及谱分析方法确定热点处响应．最后， 结合工程实例进行了基于Ｗｅｉｌｂｕｌｌ概率分布假设以及功率谱密度分析方法对海 洋平台结构疲劳可靠性进行评估． （２） 采用 Ｓ－Ｎ 曲线模型和 Ｍｉｎｅｒ 线性累积损伤理论，应用子结构法对整体结 构进行分割，再对各子系统进行疲劳可靠度分析，最后按照各子结构间的失效过 程和逻辑关系（串联、并联或是串并联结合的方式）合并组成系统整体的疲劳可 靠性能分析结果．提出了基于子结构法的海洋平台疲劳可靠度计算方法． （３） 选取由有限元计算软件 ＡＮＳＹＳ 计算得到的结构分析结果作为 ＢＰ 神经网 络的训练样本， 应用 ＢＰ 神经网络方法对平台进行海洋平台的结构分析，从而进一 步应用 ＢＰ 神经网络对结构的疲劳可靠度进行预测，提出了基于 ＢＰ 神经网络的海 洋平台疲劳可靠度分析方法，并与（２）所得结论所进行对比，研究发现该方法大 大的减少计算时间，而且计算结果与理论计算结果十分吻合． （４） 应用 Ｐ－Ｓ－Ｎ 曲线和 ＢＰ 神经网络相结合，采用多分支 ＢＰ 神经网络相结合 的构想，提出了基于多分支 ＢＰ 网络与 Ｐ－Ｓ－Ｎ 曲线的疲劳寿命预测方法．对已有 的海洋平台结构在不同疲劳荷载和可靠性能要求下进行疲劳寿命预测，并与已 有的相关规范做了比较，研究发现本文所提出的方法按结果与规范上相关规定 基本吻合，同时还可以通过一个神经网络模型同时考虑多种不同的影响因素对 平台的疲劳性能的影响，使得计算更加简洁． 关键词：疲劳可靠度；疲劳寿命；导管架平台；ＡＮＳＹＳ 软件；子结构法；神经网 络；Ｓ－Ｎ 与 Ｐ－Ｓ－Ｎ 曲线

海洋工程设备的可靠性分析在当今世界，海洋工程领域正迅速发展，海洋资源的开发和利用日益重要。

海洋工程设备作为实现海洋开发目标的关键工具，其可靠性直接关系到项目的成败、人员的安全以及环境的保护。

海洋工程设备面临着极其复杂和恶劣的工作环境。

海水的腐蚀性、巨大的水压、复杂的海流和海浪、极端的温度变化等因素，都对设备的性能和可靠性提出了严峻挑战。

例如，海上石油钻井平台需要长时间在深海中运行，其关键设备如钻井系统、动力系统、通讯系统等一旦出现故障，不仅会导致生产中断，造成巨大的经济损失，还可能引发严重的安全事故，威胁工作人员的生命安全。

可靠性是指设备在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

对于海洋工程设备来说，可靠性分析涉及多个方面。

首先是设备的设计阶段。

在设计时，必须充分考虑到海洋环境的特殊性，选用合适的材料、结构和工艺，以确保设备能够在恶劣条件下正常运行。

例如，对于暴露在海水中的部件，需要采用耐腐蚀的材料，并进行特殊的防腐处理；对于承受巨大水压的结构，需要进行强度和稳定性的精密计算。

其次是制造和安装过程。

高质量的制造工艺和严格的质量控制是保证设备可靠性的重要环节。

任何制造缺陷或安装不当都可能在设备运行过程中引发故障。

例如，焊接质量不过关可能导致结构的强度降低，部件安装不准确可能影响设备的运行精度和稳定性。

设备的运行和维护管理同样对可靠性有着重要影响。

建立科学的运行管理制度，包括定期的检测、维护和保养，能够及时发现和排除潜在的故障隐患，延长设备的使用寿命。

同时，对设备运行数据的监测和分析，可以为设备的优化改进提供依据。

为了准确评估海洋工程设备的可靠性，需要采用一系列的分析方法和技术。

故障模式和影响分析（FMEA）是一种常用的方法，通过识别设备可能出现的故障模式，分析其对系统的影响，从而采取相应的预防措施。

可靠性框图分析可以直观地展示系统中各个部件之间的逻辑关系，评估系统的整体可靠性。

此外，还有基于概率统计的可靠性计算方法，如蒙特卡罗模拟等，能够定量地评估设备在一定时间内正常运行的概率。

n
P ( E) = P ( E1 E2 …En ) ≥
i = 1
∏P ( E )
i
( 6)
式中 : Ei 为第 i 种失效模式的安全事件 ; E 为系统失效模式的安全事件 。 另一方面 : E1 E2 …En < E j ( 对任何
j ) , 则 : E1 E2 …En < min E j ( j = 1 , 2 , …, n) , 所以
3 单立柱平台实例计算
3. 1 计算模型 CB271 单井平台由单立柱导管架 、 水下桩 、 上部平台组成[ 6 ] 。采用 AN S YS 软件对单立柱平台进行有限
元分析 。单立柱 、 三腿导管架 、 桩和连接钢管采用管单元模拟 ,平台甲板采用壳单元模拟 ,甲板主梁采用梁单 元模拟 ,结构其它部分质量 、 甲板上部设备及活荷载等作为集中质量考虑 ,泥面以下桩 、 土相互作用采用弹簧 阻尼单元模拟 。 3. 2 构件失效的状态函数 根据文献 [ 7 ] 对强度与稳定校核的要求 ,由于正应力引起构件失效的状态函数为 :
i = 1 , 2 , …, n 。 若参数取额定值α a i , i = 1 , 2 , …, r 时 ,相应 0 时 , y 的额定值为 y 0 , 则当参数变为 ai = a0 i + Δ
α ) , i = 1 , 2 , …, n 。 的系统变量变为 y i = y i ( t ,α 于是 ,由于参数的变化造成的系统误差为 Δy i = y i ( t ,α 0 +Δ 0 Δ α ) ( α ) + - y i t , 0 , i = 1 , 2 , …, n 。 用一阶灵敏度函数求系统变量的误差时 ,计算公式为 :
构件可靠度分析采用 Mo nte2Carlo 方法 。某事件发生的概率可以用大量试验中核事件发生的频率来估 计 。在可靠度分析中 ,失效概率同样可以通过大量试验的频率来近似代替 。Mo nte2Carlo 方法是进行可靠 度分析的最直接的方法 ,这种方法被公认为相对精确法 ,但往往计算工作量较大 。 2. 3 多元失效模式的一阶方法 单立柱平台安全评价不仅要考虑强度失效 ,还要考虑稳定失效 。单立柱平台的圆管构件强度失效还应 分别考虑因正应力 、 剪应力和折算应力引起的失效模式 。因此 , 单立柱平台的安全评价应建立多元失效模 型 。本文利用一阶方法对具有多元失效模式的构件进行可靠性评估 [ 3 ] 。 假设构件多元失效模式中各基本失效模式是正相关的 ,即

3.2 不同的碰撞船质量对海洋导管架平台耐撞特性 影响
通过实验结果可知， 通过实验结果可知 ， 碰撞船的质量是影响海洋导管架平 台耐受特性的一个重要因素 。 碰撞船的质量越大 台耐受特性的一个重要因素。 碰撞船的质量越大， ， 位移的距 离也就越大。 离也就越大 。在当碰撞船的位移距离为 2m 时， 导管架平台只 是局部受到损坏， 是局部受到损坏 ， 而当碰撞船的位移距离为 4m 时 ， 海洋导管 架平台产生了整体变形。 架平台产生了整体变形 。由此可见 由此可见， ， 碰撞船的质量越大， 碰撞船的质量越大 ， 产生 的碰撞力越大， 的碰撞力越大 ， 降低了海洋导管架平台的耐撞性能。 降低了海洋导管架平台的耐撞性能 。
2 建立船舶与海洋导管架平台碰撞的数值仿真 模型 2.1 碰撞仿真模型简介
现阶段， 现阶段 ， 钻井平台和生活平台是主要用以海洋油气资源 开发的两大平台， 开发的两大平台， 钻井平台上装有钻井设施， 钻井平台上装有钻井设施 ， 用于油气资源的 开采， 开采 ， 生活平台上装有生活设施， 生活平台上装有生活设施 ， 满足油气开采工作人员的生 活需要。 活需要 。海洋导管架平台按照结构和功能特点可以分为固定 式平台、 式平台 、 移动式平台和顺应式平台三种。 移动式平台和顺应式平台三种 。其中 其中， ， 顺应式平台适 用于深海作业， 用于深海作业 ， 移动式平台可应用于油气资源的钻探和开采， 移动式平台可应用于油气资源的钻探和开采 ， 固定式平台是我国海上油气开采应用最多的平台 [1]。 近海导 管架平台主要由导管架和钢管桩组成的支撑结构和用于收集 和处理油气的生活设备构成。 和处理油气的生活设备构成 。导管架的主要作用是对生活设 施起到支撑作用， 施起到支撑作用 ， 确保海洋导管架平台的稳定性和安全性。 确保海洋导管架平台的稳定性和安全性 。 钢管桩用于承受海洋导管架平台的海洋环境载荷。 钢管桩用于承受海洋导管架平台的海洋环境载荷 。甲板结构 为油气收集和处理设施以及各种生活设施提供了平台。 为油气收集和处理设施以及各种生活设施提供了平台 。

导管架海洋平台可靠性分析方法随着社会的进步，科技和经济的迅猛发展，世界各国对石油、天然气等能源的需求越来越大，由于陆上油气资源的逐渐减少，已满足不了人类的需求。

这样，人类就把目光投向占地球面积百分之七十一的蕴藏着丰富的生物资源和矿物资源的海洋。

面对极其丰富、如此诱人的巨量海洋资源，各国加紧了海洋技术的开发，使海洋环境探测、海洋资源调查、海洋油气开发、海洋深潜和海洋生物技术等成为世界高技术竞争的热点。

我国有18000多公里的海岸线，6500多个海岛。

在近300万平方公里的海域内，大陆架海区含油气盆地面积近70万平方公里，蕴藏的石油资源量在150亿吨以上，天然气约14万亿立方米。

各种形式的海洋能源总量超过4亿千瓦。

因此，海洋资源的开发成为我国经济发展中有较大发展潜力的领域之一。

海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。

在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等因素，都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。

另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。

随着对海洋平台复杂性的深入了解，越来越认识到海洋结构物结构性和系统性的风险分析的必要性。

历史上曾有多次海洋平台的事故，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。

海洋平台事故发生的直接原因主要是:(l)结构构件的强度储备不足;(2)浮力储备和稳定性不足;(3)平台管理和生产操作水平的不完善。

而结构破坏模式主要有:(1)屈服失效;(2)屈曲失效(弹性或塑性);(3)疲劳失效;(4)脆性断裂失效。

因此，寻求结构的安全适用性和最佳经济效益，已经成为海洋平台结构的设计、使用、检测和维护中特别关注的问题，而结构可靠度则是解决这一问题的最佳结合点。

国内外研究现状在海洋平台结构可靠性和疲劳寿命评估研究方面国内外已经有许多文献和研究成果出版，PeterW.Marshall(1969)和Bea(1973)最先将结构的可靠性理论运用于海洋平台结构的风险分析和环境荷载标准的选取，为海洋平台结构的可靠性研究奠定了基础。

文章编号:1001-4500(2004)04-0026-04单点系泊海洋平台结构管节点强度校核与可靠性分析宋　剑,何　勇,沈照伟,龚顺风,金伟良(浙江大学,杭州310027) 摘　要:根据海洋平台结构管节点设计准则,自行开发了海洋平台管节点强度校核和可靠度分析软件,应用冲剪校核和名义应力校核法对渤海BZ 28-1单点系泊海洋导管架平台结构管节点进行了强度校核,并用可靠度分析软件计算了管节点强度可靠度,找到了海洋平台的最不利的节点和工况组合,为合理设计海洋平台结构和现役平台结构的科学评估、检测、维护和修理提供了分析方法和理论依据。

关键词:管节点;海洋平台结构;强度校核;可靠性 中图分类号:P 751 文献标识码:A单点系泊海洋导管架平台结构是近20年来海上采油的新技术,具有可转移再利用的优点,适合海上油田早期生产,也适合油田开发过程中变化着的油气增减处理能力。

单点系泊具有风标效应,因此可降低系统在风、浪、流环境条件作用下的运动响应。

正由于这样的优点,国内在B Z 28-1油田的开发中首次采用了软钢连接的单点系泊(SPM -Single Po in t M oo ring )生产系统。

然而单点系泊在风浪流作用下的运动响应是复杂的,环境条件的动力因素直接影响到单点系泊系统的运动响应。

单点系泊是一个复杂的非线性系统,所系的油船除了在水平面内的三个自由度运动外(纵荡、横荡及艏摇),整个系统将有12个自由度的运动响应。

因此系泊力很难通过理论计算分析得到,目前最好的方法是进行水池模型试验。

B Z 28-1SPM 系统的系泊力以及运动参数来源于1986年在荷兰船模试验池进行的模型试验。

通过试验数据,得出系泊力与波浪环境参数之间的非线性关系。

对于单点系泊海洋导管架平台结构的管节点,荷载作用效应中系泊力的作用很大,为了正确合理评估平台结构的强度,提高生产作业的安全保障,本文对平台结构管节点强度进行评估分析,并Η—撑杆角度;g —间隙;t —撑杆厚度;T —弦杆厚度;d —撑杆直径;D —弦杆直径图1　简单管节点结构和几何参数开发了相应的强度校核和可靠度计算分析软件。