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【摘要】地震分析是固定式海洋平台在位分析的重要内容。运用倒塌法进行平台结构地震分析较少用于国内工程项目中。本文以某固定式海洋平台为例，对运用倒塌法进行地震分析的流程和方法进行了介绍，以期为今后项目提供借鉴与参考。
【关键词】地震分析 倒塌法 固定式海洋平台
1 引言
固定式海洋平台是近海石油开发、储运及工作人员生活居住的基础设施，其安全性和可靠性非常重要。设计过程中要考虑平台使用期限内可能出现的最大环境载荷，而且在最恶劣的环境条件下能够生存和继续工作。
固定式海洋平台结构设计一般包括在位分析与建造安装分析。地震分析为平台在位分析的内容，用来模拟海洋平台在地震力作用下的结构强度变化。抗地震设计的一般遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则。地震分析一般采用响应谱法進行设计。通常对于强度水平地震设计，可取重现期为50a，超越概率为10%的地面地震水平加速度进行设计，用2倍强度水平的地面地震加速度的地震分析来替代韧性分析。这种做法为国内的通行做法，国外业主并不认可。本文采用倒塌法进行地震韧性分析，并成功运用于实际项目当中。本文结合工程算例，对运用倒塌法进行地震分析的流程和方法进行具体说明。
2 地震载荷
结构中的地震力是由地面运动引起的，而这个力的大小取决于结构物及基础的刚度。与其它大多数环境力不同，地震力一般是随结构刚度变小而减少，而刚度变小是由于结构构件或基础构件的非弹性屈服或屈曲所引起的。如果这种非弹性效应可能发生，而结构物在重力载荷作用下没有失去稳性，则此结构可经受比第一次屈服时所承受过的更为严重的地面运动而不致倒塌。
图1？响应谱—1.0G的标准普
由于地震发生的偶然性且不易预测，地震有效加速度重现期的选择一般长于环境载荷的重现期。例如对于20年设计寿命的平台，环境载荷的重现期一般取为100年一遇，而用于强度水平结构结构校核的地震载荷的重现期可取200年一遇（或50年超越概率10%），用于韧性水平结构校核的地震载荷重现期可取1000年一遇（或50年超越概率
用有效地面加速度可以建立一个量纲化了的标准设计谱，如图1所示[2]。
其中，土类型：
A.岩石—结晶状岩、砾岩或页岩，一般具有超过914m/s（3000ft/s）的横波速度。
B.浅硬冲积物—牢固砂、淤泥质和硬黏土，抗剪强度超过大约72kPa（1500PSF），深度大约小于61m（200ft），并且覆盖在岩性物质的上面。
C.深硬冲积物—牢固砂、淤泥质和硬黏土，厚度超过大约61 m（200ft）并覆盖在岩性物质的上面。
对于强度水平的地面设计水平加速度小于0.05g的地区，可以不进行地震分析，因为这类地区的平台控制载荷往往不是地震，而是设计环境载荷。
3 倒塌法基本原理
地震分析包括强度分析跟韧性分析两部分，倒塌法用于韧性分析。韧性分析的目的是为了检验位于地震活动区域的平台有足够的贮备能力，当平台经受罕见强烈地震作用时，个别结构构件可能损坏，但要求平台的结构基础系统仍保持稳定。
与传统的用2倍强度水平的地面地震加速度的地震分析来替代韧性分析不同，倒塌法利用强度水平的地面地震加速度进行载荷等效，将得到的等效载荷与其它重力载荷加于结构模型。通过放大强度水平下的等效载荷进行倒塌分析，直到平台不能承受不断放大的等效载荷而发生倒塌，如果此时平台贮备强度系数（倒塌载荷/等效载荷）大于韧性水平下地面加速度与强度水平下地面加速度的比值，则认为平台结构强度满足韧性要求。
以某海域102米水深导管架为例，对倒塌法的工程应用做简要说明。4.1 地震分析应用软件
国内海洋平台结构分析主要应用软件为EDI开发的SACS（ Structural Analysis Computer System）程序。该程序有20多个不同功能的模块组成，以便完成各种不同计算功能的要求。SACS程序的广泛应用除了它的功能全、计算方法和结果满足海洋工程的需要以外，该程序可以自动生成风、波、流等载荷并对平台结构进行结构强度分析和动力分析，以便确定平台甲板、导管架和桩的构件大小。4.2 结构模拟
本例中平台结构模型如图2所示
图2？平台结构模型图
SACS程序用于地震分析的模型，取自静力分析结构模型，并做相应的改动。主要改动为在关键节点做质量凝聚，去掉对平台质量模拟无影响的风、波、流力。地震载荷应和其它同时出现的载荷，例如重力、浮力和静水压力进行组合。重力载荷应包括平台的固定重量（包括结构、设备、附属构件），实际活荷载（或最大活荷载的75%）和75%的最大供应和贮备荷载，结构和附属构件中的流体质量以及附件质量。附加质量可按垂直于个别结构框架和附属构件的纵轴线运动的排水质量进行计算。对于沿着结构框架构件和附属构件的纵轴线的运动，附件质量可以忽略。