超强台风下海洋石油钢结构极限承载力及倒塌机理研究

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台风是一种强烈的热带气旋,具有极强的破坏力。自从陆上油气资源日益枯竭,油气勘探与开发的工作重心从陆地转移到海洋、从浅海转移到深海,海洋石油装备的可靠性一直受到台风等偶然载荷的威胁。由于大型海洋结构物具有体积大、结构复杂、造价昂贵等特点,为了提高其抵御极端载荷的能力,保证海洋平台的完整性与可靠性,以大型导管架平台及其上部关键石油装备为对象的极限承载能力和连续性倒塌研究具有重大的意义。本文的主要研究进展主要包括:(1)建立海洋井架有限元模型并对其进行极限承载力分析及动力分析,其中动力分析包括模态分析和风激振动响应分析;利用Davenport脉动风速谱确定了台风作用下的脉动载荷谱及随机风载荷-时间历程,通过ANSYS中的瞬态分析求解模块对井架进行动态响应分析,确定其位移及应力最大响应位置。(2)考虑桩-土非线性耦合,利用大型结构有限元软件ANSYS建立导管架平台整体有限元模型,其包括平台上部模块、平台导管架及桩腿,并对其进行8工况下的静力分析,确定位移、应力最大响应位置。(3)考虑材料非线性及几何非线性,分别对无环境载荷和基准环境载荷作用下的整体导管架平台进行极限承载能力评估,分析环境载荷对其极限承载能力的影响。(4)参照国内外结构抗连续倒塌规范及学者研究成果,确定导管架平台倒塌判别准则;对平台上部模块进行非线性静力分析和非线性动力分析,确定载荷动力放大系数;采用构件拆除法及Pushover法,分别对平台上部模块及导管架进行连续性倒塌分析,确定结构倒塌临界载荷放大系数,判断结构的抗倒塌能力。
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