海洋平台T型管节点应力集中系数研究

导管架平台T型节点疲劳分析及试验研究戴伟顺;张充霖;张伯莹;叶谦;白勇【摘要】对典型导管架平台的关键节点的疲劳性能进行试验研究,建立某导管架平台整体结构的整体有限元模型,分析了结构整体性能并确定了其中的关键疲劳节点.对关键的疲劳节点建立子模型进行分析,在此基础上,进行试验研究.分析结果表明,有限元的分析结果对试验研究起到指导作用,通过对裂纹破坏的研究,对认识导管架平台的关键部位节点的疲劳破坏过程具有重要的参考意义,文中的研究可为进一步的海洋现场试验工作提供理论依据.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】4页(P38-40,49)【关键词】导管架平台;关键节点;疲劳分析;试验研究【作者】戴伟顺;张充霖;张伯莹;叶谦;白勇【作者单位】浙江大学建工学院,杭州310058;中海石油技术检测有限公司,天津300452;中海石油技术检测有限公司,天津300452;浙江大学建工学院,杭州310058;浙江大学建工学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TU311.20 引言随着大陆油气资源的日益枯竭，开采海洋石油的需求越来越旺盛，开采油气资源离不开海洋平台。

作为海上生产和生活的工具，平台的结构安全性至关重要。

在开采历史上，曾发生过惨痛的平台事故，比如因为平台疲劳失效导致事故的亚特兰大基兰号。

处于海洋环境中的导管架平台，长期承受随机波流载荷的作用，在交变载荷的作用下，平台的构件极易产生疲劳裂纹、发生疲劳破坏，从而威胁整个平台的安全，并使得疲劳破坏成为船舶与海洋工程结构主要的失效形式之一。

疲劳问题成为国内外学者关注的问题,国外的T.M.Madhavan Pillai和A.Meher Prasad通过断裂力学理论对固定的导管架平台结构疲劳可靠性进行了研究[1]；Fathi.A和AghakouchakA.A利用试验结果和神经网络数值模型预测节点裂纹开展的方向和估算疲劳寿命[2]；N.Diaye.A,Hariri S等通过有限元分析方法对海洋结构焊接节点的热点部位强度变化规律进行了研究[3]。

海工钢管结构环向焊缝应力集中系数研究综述佚名【摘要】本文基于国内外大量文献,主要从理论推导、数值模拟如下两方面对其进行综述,并提出下一阶段有待解决的重点问题,为后续钢管桩焊接设计提供参考.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2018(055)006【总页数】5页(P33-37)【关键词】高桩码头;焊接;数值模拟;理论推导;应力集中系数【正文语种】中文【中图分类】TU392.3引言在深海工程中，桩基的接长，通常是在两相邻管段间施加一道或多道焊缝（图1）。

为了更好的保证焊接的质量，一般是以管段的方式对其进行预制、拼装、焊接，整套流程在加工厂或预制场中进行，焊接完成后以吊装的形式运用于实际工程中。

焊缝的形式多种多样，概括起来，主要分为单边焊缝、双边焊缝、V型-焊缝，其中V型-环向焊缝因其焊接强度高而得到设计者的关注[1-3]。

在多数情况下，由于两相邻管段的同心度、圆度、及管节偏位的差异将导致几何失调的现象产生，这一原因将会使得焊缝处产生较大的附加弯矩，导致焊缝处的热点应力显著增大，特别是在焊根位置处（即OMTP点处），如图2所示，从而影响了结构的疲劳寿命。

因此，热点应力对焊缝的影响应在结构的疲劳设计中进行重点的考虑，从而提高结构的可靠性，使结构的寿命得到进一步保障。

目前，推求焊缝处热点应力常采用的方法是，将其名义应力乘上应力集中系数（SCF）[5-10]，但由于几何失调的复杂性和钢管在加工中一些不可控制的因数，去寻求SCF的精确解仍是非常困难。

平板理论解一种较为保守的求解方法，大量的在工程中使用，尤其是针对轴向荷载作用下的等壁以及非等壁厚的钢管，但对弯矩的研究还相当有限，近期李怡[11]等人基于平板理论对等壁厚的钢管在弯矩的作用下给出了相应的求解方法，为焊缝在复杂工况下的研究做出了贡献。

但从平板理论解中不难看出，钢管的厚度、半径、以及中心偏位、过渡段长度等因数对焊缝处的热点应力有十分显著的影响。

虽然现有的研究已取得了一些成果，但其内在响应还需深入的研究。

海洋平台井口管道应力及其影响因素分析摘要：海洋平台是指海上采集油气平台，安装在海洋之上，用于处理从海下开采出来的石油或天然气，由于在海洋之中，不确定因素太多，会受到很多方面的影响，远比在陆地上的环境要复杂得多，而井口又是输出石油或天然气的地方，对安全度的要求非常高，因此对于井口的管道要求更高。

本文阐述了海洋平台及管道应力的概念，对影响海洋平台井口管道应力的关键因素进行了论述，并对应力分析过程进行了探讨。

关键词：海洋平台；井口管道；应力；影响因素前言管道应力的分析不够全面准确会影响到管道的使用，导致可能造成管道的弯曲与扭转，甚至破裂，因而出现安全事故，造成人员的伤亡或经济损失，或者是石油或天然气渗入到海洋中，污染到海洋环境。

因此，海洋平台井口管道在建设前的数据分析非常重要，直接影响到管道工作时的安全。

为确保海洋平台井口管道的可靠性和安全性，使用的应力应小于最大应力的80%，并对每次的布局进行设计，同时，合理的管道是减少额外压力的关键，减小位移，即确保管线的应力值，包括管道是否足够的灵活性，使横向力减小。

为确保安全，连接好管道之间的布置，考虑附加位移，管道的设计必须在应力的分析指导下完成。

一、海洋平台及管道应力的概念1、海洋平台是一种海上建筑设施，主要为方便进行在海上的油气开采及运输、观测等活动，海上平台由钢结构构成，一般情况下可分为固定式和浮动式两种。

海洋平台井口是海洋平台上对油气进行初步处理的平台，井口是石油和天然气从深海输入到采油树的地方，这个地方的管道要承受的压力非常大，所以管道的设计就必须科学合理，管道的承受压力范围必须在安全的范围内，所以就需要对井口管道的应力进行分析。

2、管道的应力是指管道在单位面积上所受的力，应力可分为一次应力和二次应力，一次应力和二次应力都需要计算出来，其中一次应力的计算是为了防止铺设管道后管道的坍塌，而二次应力的计算则是为了防止管道在使用过程中出现的扭曲、变形等问题。

轴力作用下KT型管节点的应力集中系数分析王文华;张淑华;端传捷【摘要】为研究平衡的轴向载荷作用下几何参数对KT型管节点应力集中的影响,通过ABAQUS软件建立81个不同几何参数的KT型管节点模型进行数值分析,获得不同参数对应力集中系数大小和分布的影响规律.结果与规范公式进行对比,验证了数模结果的准确性.对KT型管节点,参数γ、τ、θ对SCF数值大小的影响十分显著,参数β对SCF分布的影响最为显著;热点应力的位置并不是固定不变的,几何参数改变其位置有可能会转移.%In order to study the effect of geometric parameters on the stress concentration of tubular KT joints under balanced axial load,81 finite element model with different geometric parameters was established by ABAQUS to get the influence law of geo-metric parameters upon the value and distribution of stress concentration factor.The results was compared with the published equa-tions from DNV and LR,it proved that the numerical analysis is reliable.For KT joints,the most effective parameters in changing the values of the SCF along the weld toe areγ,τ,and θ,while the most effective parameter in changing the shape of the SCF distri-bution curve along the weld toe is β;the position of the hot spot stress shifts when some geometrical parameters are changed.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)006【总页数】5页(P164-168)【关键词】KT型管节点;几何参数;应力集中系数;热点应力;数值分析【作者】王文华;张淑华;端传捷【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】U661.4管节点是海洋平台连接的薄弱环节[1]。

烟台大学硕士学位论文海洋平台T型管节点应力分布研究姓名：张国栋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曲淑英;邵永波20080315摘要海洋平台管节点长期承受海洋环境中循环荷载的作用，疲劳破坏是其主要破坏形式之一。

管节点的疲劳寿命通常由S-N曲线方法确定，该方法的使用依赖于对节点应力集中系数和应力分布的准确计算。

本文对T节点在承受轴向荷载，平面内弯曲荷载和平面外弯曲荷载下的应力集中系数进行了数值模拟，并且考虑了焊缝对管节点应力集中系数的影响。

使用三维20结点固体单元对结构进行模拟，因为三维20结点固体单元可以精确的模拟焊缝尺寸的变化，从而能够准确的考虑到焊缝对结构的影响。

在进行数值模拟时，结构的有限元网格采用分区划分的方法。

整个结构根据计算需要划分为不同区域，对每个区域单独地进行网格划分，进而控制网格的质量和精度。

每个区域的网格独立产生后，通过合并形成整个结构的有限元网格。

在此基础上，使用通用的有限元软件ABAQUS分析了典型的T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载下的应力集中系数的大小和分布，总共对816组T节点模型进行了有限元分析，并研究了各几何参数对节点应力集中系数的大小和分布的影响。

在对T节点有限元分析的基础上，分别提出了T节点在轴向、平面内和平面外荷载作用下主管和支管上应力集中系数最大值的参数公式，并对所提参数公式进行误差分析。

在对节点应力集中系数最大值参数公式准确推导的基础上，利用这些公式分布推导出了T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载作用下主管和支管应力集中系数分布的参数公式，并且进行了误差分析。

将本文提出的应力分布参数公式的计算结果与试验结果及已有公式的计算结果进行了比较分析。

通过分析发现本文所提的应力分布参数公式可以对T节点在不同荷载下的应力集中系数分布进行准确的估算。

关键词：T型管节点焊缝模拟几何参数应力集中系数分布公式AbstractFatigue failure is one of the most common failure types for welded tubular joints under cyclic loads in their severe service environment of offshore engineering. Generally, the fatigue life of tubular joints can be estimated by referring to S-N curve method which depends on the accurate prediction of stress concentration factor (SCF) and stress distribution for tubular joints under general load conditions. The parametric equations for the stress distribution are deficient, and all of them were derived from the shell elements so the precision is suspected.In this study ,numerical modeling will be carried out for the analysis of the stress concentration factors of tubular T-joint subjected to axial, in-plane and out-of plan loading, and the effect of the weld on the stress concentration factor of T-joint will be considered. 20-node quadratic solid elements will be used to model the whole structure. Such elements can be used to model the weld accurately. Then the effect of the weld can be considered accordingly. Sub-zone mesh generation method is used in the numerical modeling. The whole structure is divided into several zones. After that, the mesh of each zone is generated separately. This method can control the mesh quality easily. After the mesh of each zone is generated, the mesh of the whole structure can be obtained by merging the mesh of all the zones. Thereafter, the magnitude and the distribution of the stress concentration factors along the weld toe for tubular T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings are analyzed using ABAQUS software. Finally, through the FE analysis of 816 models, the effects of geometrical parameters on the stress concentration factor values and their distribution are investigated.Based on the results of the FE analysis of T-joints, the parametric equations of the maximal SCF of the chord and brace for T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings have been presented. Error analysis of these parametric equations has also been conducted. Then the results of parametric equations of the maximal SCF are used to derive parametric equations of the stress distributions around the weld intersection for T-joints. Comparisons have also been made of the results for the stressdistribution equations with the tested data as well as other previously published equations. Throughout the analysis, it has been found that the proposed parametric equations can provide accurate estimation for the SCF distribution of T-joints in a validity range.Key words:tubular T-joint, weld modeling, geometric parameters,stress concentration factor, SCF distribution equation烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

海洋石油平台钢结构焊接质量控制与检验方法研究摘要：海洋钢结构是海洋石油工业生产中所不可缺少的一种重要材料，在海上油气钻采中起着重要的支撑作用。

受石油等能源的价格上涨影响，海洋钢结构产量逐渐增加，海洋钢结构焊接质量控制越来越重要。

鉴于此，本文对海洋钢结构的特点及类型进行了简单分析，对海洋钢结构焊接质量的检测技术与控制进行了详细分析，旨在提高海洋钢结构焊接质量，推动海上石油产业健康发展。

关键词：海洋钢结构；焊接；质量控制；检测技术前言：海洋钢结构工作环境特殊，长期处于海水之下，且随着石油开采向深水海域的迈进，其工作环境更趋恶劣。

较之常规钢结构，海洋钢结构焊接质量要求更高，控制更为严格。

只有全面控制好海洋钢结构的焊接质量，才能保证海上油气钻采作业安全顺利进行。

因此，加强海洋钢结构焊接质量的检测与控制对海洋油气开发具有重大意义。

1.海洋钢结构的特点与类型海洋钢结构焊接对钢的使用以低合金钢和低碳钢为主，而对于钢材强度等级的确定则需要依据海洋结构钢的具体结构类型与工作条件来进行。

通常情况下，海洋钢结构的主结构一般选用屈服强度等级为400MPa、420MPa、500MPa等几个级别的高强钢，厚度最大在10cm到15cm之间，次结构钢一般选用屈服强度等级较低的235MPa钢材；对于自升式钻井船桩腿，通常选择屈服强度等级为500MPa、550MPa等几个级别的高强钢，其他类型结构钢大多采用350MPa屈服强度的低碳钢[1]。

海洋钢结构主要用于海上油气的钻探开采，所用钻探设备主要有半潜式钻井平台和自升式钻井平台，所用开采设备主要有立柱式平台、顺应塔平台、固定式导管架平台等。

自升式钻井平台依靠桩腿支撑固定在海床上，钻井等设施安置在船体上，船体部分通过齿条与齿轮啮合可以实现与桩腿之间的上下运动，从而满足不同海上钻探要求。

固定式导管架平台采用打桩方式固定在海底海床上，导管架在平台中发挥着重要的支撑作用，主要支撑着上部结构的所有重量。