埕岛油田导管架平台结构的安全评估方法研究

　　1．引言

　　埕岛油田海上平台的设计寿命为15年，现有一部分平台进入服役后期。为保证油田的安全生产，需用量化的指标来分析平台的现状，对平台进行安全评估。

　　本文以CB25B平台导管架的评估过程为例，分析导管架结构寿命评估的方法和程序。

　　2．评估方法简介

　　评估分析时应用DNV船级社的SESAI软件。首先建立CB25B平台(包括导管架、桩等)的有限元结构模型，并由SESAM软件自动生成固定载荷；然后计算环境载荷，建立水动力载荷输入模块；进行完整结构的非线性倒塌研究；随后对建立的基础模型进行构件重要度分析．确定疲劳破坏对结构整体强度的影响，确定失效模式，计算失效概率；最后根据分析结果，给出结论和建议。

　　3．建立结构模型

　　分析过程是用SESAM软件建立有限元模型，模型的建立包括以下元素：

　　根据结构设计图纸生成几何模型，几何有限元模型在PREFRAME中建立，

　　生成固定载荷和可变载荷；

　　生成风、浪、流等环境载荷，波载和流载在wAJAC中生成。

　　波浪、流的水动力载荷用WAJAC计算。用50年一遇的波浪计算环境载荷(风、浪、流)。在分析中(如非线性倒塌分析和构件重要度分析)用5O年一遇环境载荷。

　　4．完整结构的非线性倒塌分析

　　4．1非线性倒塌分析方法

　　在PREFRAME中建立几何有限元模型，在WAJAC中生成波载和流载，这些参数就是非线件倒塌分析的基本输入，用USFOS软件进行非线性倒塌分析。非线性倒塌分析是量化结构的能力储备率(RSR)。分析中使用典型的50年一遇的环境载荷，结构加载固定载荷、设备载荷和50年一遇环境载荷。然后计算结构失效的基础剪切力，倒塌载荷由一组RSR值表达。RSR定义为倒塌载荷下的基础剪力与50年一遇环境载引起的基础剪力的比值。在八个主要方向加载环境载荷，计算RSR。从USFOS获得的分析结果用XFOS软件后处理，其对确定结构倒塌的实际机理非常重要，并且倒塌机理的类型关系到年度失效概率的计算。

　　固定载荷和冲刷的变化对结构的系统强度的影响通过敏感性分析确定。敏感性分析的目的是确定这些变化对结构倒塌机理的影响。在结构上陆续加载固定载荷、设备载荷和浮力载荷作用后逐渐增加5O年一遇的环境载荷组合(风、波浪和流)作用，直至结构倒塌，倒塌时的基础剪力决定了结构的RSR值。在每个主要方向上的结构倒塌由表示过应力构件和结构变形的图形显示出。同时给出了每个载荷方向上的总载荷变化曲线。

　　4．2结果分析

　　CB25B平台完整结构的非线性倒塌分析的结果表明，八个方向上加载环境载荷．平台结构失效的模式都是桩的拔出或下陷插人，没有结构本身崩溃的原因。

　　向南的5O年一遇的环境载荷加载在结构上，此载荷逐渐增加直到结构倒塌。结构失效的模式是桩的下陷插入，倒塌载荷是5O年一遇环境载荷的3．13倍，即RSR为3．13。

　　显示了结构倒塌前构件的变形和应力，显示了穿过A2和B2腿的桩的下陷插入的失效模式。

　　5．构件重要度分析

　　构件重要度分析的目的是估计管节点的疲劳破坏对导管架结构整体性能的影响，疲劳破坏的影响通过假设某个节点失效后的结构系统强度来判断。首先识别要评估的管节点，在分析时，连接导管架结构的主要节点和连接附件的节点都要识别。然后每次拿走一个杆件，加载8个方向的环境载荷进行此时结构的非线性倒塌分析，完成敏感性分析。

　　RSR的减少由重要度相关系数RIF表示：

　　RIF=RSR损坏结构／RSR完整结掏。

　　RIF给出了构件对关系到倒塌强度的结构系统强度的重要程度，RIF值用米确定疲劳破坏对系统强度和结构完整性的影响。．

　　本文选择了18个连接主要节点的构件来进行构件重要度分析。分析中假设选定的某个构件完令损坏，然后确定相关的RSR值，将选定的构件从模型中拿走，对剩余结构的完全塑性崩溃进行分析。

　　每个假定的损坏的情形都进行8个载荷方向的分析。每个基本情形都进行塑性崩溃分析，共分析18>8—144个假设情形，每个情形都画出载荷、位移曲线。

　　波浪载荷向西南(SW)方向加载时的RSR值为1．72，是最低的。在进行构件重要度分析时RSR值没有减少。分析总载荷、位移曲线，发现完整结构和144种损坏后结构之『口J的倒塌机理没有变化，对比完整结构，每一种拿走构件在每一个载荷方向卜的倒塌机理没有变化，所有的假没损坏结构情形的倒塌机理邯是南于桩的拔出或下陷插入引起的基础失效，非常清楚地表明了个别的主要节点的疲劳破坏不会降低结构的系统强度。结构的失效概率主要决定于基础的的失效。

　　6．失效概率的计算

　　通过敏感性分析和构件重要度分析得知CB25B平台结构的失效模式为基石jI}的欠效。此导管架结构年度倒塌的概率即为基础失效的概率。基础失效的概率是RSR和能力不确定性的函数，此函数关系是以基础；失效概率与RSR的函数关系为基础。然后对能力的不确定性进行修正。能力的不确定性是指现存结构及基钏能力部分不确定性、载荷计算和极端环境条件预报的不确定性。

　　7．结论及建议

　　构件重要度分析清楚地示主要节点的疲劳破坏不会对结构的系统强度有明减弱的影响。分析中所有情形(假没某构件损坏)的失效模式与完整结构的失效模式基本不变，最小RSR值都为1．72。由于所有情形分析的RSR值基本不变，构件重要度分析的结果断定主要的水平撑杆和斜撑都胜任结构中的位置。固定载荷、设备载荷苄¨冲刷变化的敏感分析示结构的倒塌机理是相同的，1人I此可以断定CB25B平台的主要失效模式为由于桩的拔出或下陷插入造成的基础失效。