辽东湾锥体平台结构疲劳冰荷载的蒙特卡洛模拟

利用辽东湾JZ20-2海域的海冰现场监测和数值推算资料,确定了海冰的厚度、速度和弯曲强度等海冰参数的概率分布特征;通过构造锥体结构动冰力函数,对该海域锥体平台结构的疲劳冰荷载进行了蒙特卡洛模拟.统计结果表明冰力幅值和冰力周期均符合对数正态分布.为更加合理地确定锥体平台结构的疲劳冰荷载,对冰力幅值和周期进行了联合概率分析.研究成果可用于辽东湾JZ20-2海域锥体平台结构的可靠性设计和疲劳寿命评估。     

抗冰导管架平台冰激疲劳寿命估计

基于安全寿命设计理论,论述了抗冰平台冰激疲劳寿命估计的方法,给出了谱分析和时间域分析方法的内容和流程,其中疲劳冰荷载和冰疲劳环境模型是冰激疲劳估计的两个关键问题。基于渤海冰情和冰荷载连续多年现场观测数据,初步建立了渤海JZ20-2海域海冰疲劳环境模型和锥体结构冰力谱,并利用谱分析方法,对新建的JZ20-2NW平台进行了详细冰激疲劳估计。此方法对抗冰平台的安全评估与动力分析具有一定的借鉴意义。     

冰力现场量测的间接法及其数据处理程序

本文比较了冰力现场量测的直接法和间接法,针对间接量测法,提出了用于多自由度体系的、由结构加速度响应及应变响应反求冰力的反序计算法,并分别编制了两套计算机程序,一套是利用加速度响应反求冰力的;另一套是利用应变响应反求冰力的。同时,还利用渤海辽东湾JZ20-2导管架平台1:50的模型实验,证明了本文提出的用结构的加速度响应和应变响应反求冰力的计算原理和程序的正确性。     

海洋平台结构的冰力作用模型

首先分析了工程中静冰力计算中普遍应用的Korzhavin -Afanasev公式和Schawz公式 ,提出了统一的静冰力模型 ,给出了挤压破坏、屈曲破坏和弯曲破坏冰力系数函数CI(t)。应用该冰力模型分析了自激振动产生的条件 ,指出冰屈曲破坏和弯曲破坏动冰力可以作为强迫振动模型 ,冰挤压破坏动冰力则需要考虑CI(t)与冰阻尼的耦合效应。最后应用冰力一般模型计算单自由度结构的响应     

多桩锥体海洋平台结构冰荷载遮蔽效应离散元分析

在海冰与多桩锥体海洋平台结构的相互作用中,平台结构总冰力在海冰流向和桩腿方位的影响下呈现出显著的遮蔽效应。采用具有粘结-破碎效应的离散元方法,基于GPU并行的高性能计算,对不同冰向下锥体海洋平台结构的冰荷载进行了数值分析,确定了不同冰向下平台结构各桩腿的冰力衰减系数并分析了总冰力的遮蔽效应。最后,对自由边界影响下多桩平台结构冰荷载遮蔽效应的产生机理进行了讨论。本文工作可为多桩腿平台结构的冰荷载特性、冰激结构振动以及冰区结构设计提供参考。     

冰激振动下简易平台的动态优化设计

简易平台是边际油田开发的主要结构形式,由于平台结构形式简单,受到动力荷载作用响应比较大。采用动态设计可以合理优化平台结构形式,达到降低平台动力响应的效果。文中以JZ20-2NW简易平台为原型,运用ANSYS有限元分析软件对其进行冰激振动下的动态优化设计。结果表明,动态设计减振效果明显,可供设计人员参考。     

渤海导管架平台的冰激振动响应分析

为研究渤海海域海冰撞击导管架海洋平台的冰振响应,基于锥体冰力函数,本文建立了渤海海域的冰力作用模型。采用ANSYS有限元软件对导管架平台与海冰的相互作用进行数值模拟,开展了海冰作用下抗冰平台的静力分析及平台动力响应分析。通过与静力分析结果对比,验证了动冰力对结构响应的动力放大效应。在此基础上通过改变冰厚、冰速等海冰参数,研究了不同冰力作用周期下导管架平台的冰振响应。研究表明,海冰厚度及海冰流动速度是影响平台动力响应的主要因素,为导管架平台结构的动力优化设计提供了研究基础。     

锥体导管架海洋平台冰激结构振动响应分析

渤海冰区油气开发中,在桩腿上安装抗冰锥体的导管架平台是最常见的结构形式.冰激结构振动不仅会造成平台结构的损伤,还将对平台上部管线和设备的安全运行构成极大的威胁,并影响平台作业人员的正常生活和生产操作.针对渤海冰区锥体平台结构冰激振动响应的三种计算方法进行了研究,即平台结构的有限元分析、简化的结构动力分析和冰振响应幅值统计分析.以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例,对以上三种冰振响应计算方法进行对比,以讨论它们的一致性和各自的适用条件.结果表明,这三种分析方法的计算结果基本一致,但有些计算参数需要现场实测资料的确定.     

海冰与孤立桩相互作用的数值模拟

本文用数值方法模拟孤立桩与冰原冰相互作用过程中,冰的非开裂挤压脆性破坏过程和孤立桩的受力过程.设定冰原冰晶体是柱状结构,晶粒直径大小均匀,晶体主轴分布在水平方向上,符合均匀随机分布,冰体内等温、等盐、等厚,并且是在水中做匀速直线运动的半无限连续体.文中的孤立桩柱是一个大口径、固定且无振动的刚体,采用多点多单元计算的方法,使孤立桩外壳壳体局部受力,冰原冰碰撞作用部分局部受力破碎,从而计算孤立桩柱总受力.文中通过1990年2月8日渤海辽东湾冰区内JZ20-2-1平台桩柱腿受冰力的实测时间历程曲线,对由文中提供模型模拟计算的孤立桩受力过程时间历程曲线进行对比,结果两者吻合较好.     

冰对锥体结构作用力的预测模型分析

通过对作用在锥体结构上的各种静冰力预测模型的介绍,根据大量实验室模拟测试数据,运用直方图对比、无量纲效应分析及统计分析等手段,对有关静冰力计算公式进行了全面分析与确认.所采用的分析方法为我国渤海辽东湾JZ20-2平台原型冰荷载测试数据与预测模型的比较,为利用原型观测数据建立适合于我国渤海环境条件下冰对锥体结构作用力预测模型,提供了有效的技术手段,同时也为有冰海域结构物的可靠性分析提供了各统计量有价值的参考数据.     

Efficient Approximate Method of Global Reliability Analysis for Offshore Platforms in the Ice Zone

Ice load is the dominative load in the design of offshore platforms in the ice zone, and the extreme ice load is the key factor that affects the safety of platforms. The present paper studies the statistical properties of the global resistance and the extreme responses of the jacket platforms in Bahai Bay, considering the randomness of ice load, dead load, steel elastic modulus, yield strength and structural member dimensions. Then, based on the above results, an efficient approximate method of the global reliability analysis for the offshore platforms is proposed, which converts the implicit nonlinear performance function in the conventional reliability analysis to linear explicit one. Finally, numerical examples of JZ20-2 MSW, JZ20-2NW and JZ20-2 MUQ offshore jacket platforms in the Bahai Bay demonstrate the satisfying efficiency, accuracy and applicability of the proposed method.     

转角阻尼器对海洋平台-摇摆墙体系抗振分析

在海洋平台摇摆墙体系基础上,提出在海洋平台和摇摆墙之间刚性连接杆的铰接点处安装粘弹性转角阻尼器的减振措施,对海洋平台进行进一步减振控制。对粘弹性转角位移阻尼器的刚度和阻尼参数进行了优化分析,可知阻尼器的阻尼与刚度在结构减振中起到了十分重要的作用,且存在特定范围内的优化值。以JZ20-2北高点井口平台为例,利用ANSYS进行地震荷载作用和实测挤压冰荷载下的仿真分析,研究了粘弹性转角阻尼器在海洋平台和摇摆墙之间刚性连接杆铰接点处的不同安装方式,对比分析减振效果。结果表明,在该体系刚性连接杆的铰接点处安装粘弹性转角阻尼器能显著降低结构的振动反应,连接杆右侧安装粘弹性转角阻尼器的方式为减振效果最佳方式。     

基于现场监测的抗冰平台疲劳寿命估计

基于安全寿命设计方法,根据现场监测得到的资料数据,论述了现役导管架平台冰激疲劳寿命的估算法.应用ANSYS软件建立JZ20-2MSW平台的有限元模型,计算该平台的年平均冰激疲劳损伤,从而得到剩余疲劳寿命,为平台的维修、报废等决策提供了依据.     

辽东湾JZ20—2海域海冰参数的概率分布

基于辽东湾JZ2 0 2海域 1996 2 0 0 0年 4个冬季的海冰定点观测资料和海冰数值模拟结果 ,对该海域的平整冰厚、冰速、冰向和压缩强度等海冰参数进行了概率分析 ,确定了各自的分布参数 ,并对冰速和冰向进行了联合概率分析。结果表明 :冰厚和冰速分别服从对数正态分布和瑞利分布 ,海冰压缩强度服从正态分布。计算结果可用于JZ2 0 2海域海洋结构可靠性设计和疲劳累积损伤分析的海冰参数 ,也可作为其邻近海域的参考资料     

An Experimental Study of Several Special Issues Regarding the Ice Force on Conical Structures

The effect of the cone spacing of a conieal structure on the ice force is studied by model experiments. The ice force reduction coefficient presented in this paper expresses the relationship between the ice force and the arrangement of cones. The experiments prove that the mode of the ice failure before the boundary of upward-downward bending cone (UDBC) is crushing. A conclusion can also be drawn from the experiments that the ice force on the boundary of UDBC is by far less than that on a vertical pile with the same diameter. Moreover, the ice force frequencies on upright and inve-rted cones are obtained under the field condition of the platform JZ20-2, respectively. The results show that the alterna-tion of the ice force on UDBC can hardly induce resonance of platform JZ20-2.     

基于油气平台的海冰雷达监测图像处理及冰速测量

对海冰的运动规律进行精确、连续和长周期的实时监测有助于海冰热力学和动力学的研究,也可保障冰区生产活动的安全进行。针对辽东湾海冰的运动特点和工程需求,在JZ20-2油气平台上建立了海冰雷达监测系统。采用数字图像处理技术对海冰雷达监测图像进行了分析和软件开发,可对海冰密集度、速度和冰块面积等海冰参数进行提取。采用该海冰雷达监测系统和数字图像处理软件,在2011-2012年冬季对该海域的海冰运动规律进行了全冰期的连续监测,在此基础上重点对海冰速度的雷达图像监测结果进行了分析,讨论了海冰速度场分布以及连续48 h的变化过程。以上结果为海冰的生消运移规律研究和油气作业区的海冰管理工作提供了可靠的现场监测数据。对海冰雷达现场监测及数字图像处理中的问题及改进方法进行了讨论。     

基于实测动冰力时程的海洋平台结构冰振反应分析

冰激平台结构振动是影响渤海石油钻采平台冬季正常生产和安全的主要因素。本文采用实测冰压力时程,对渤海辽东湾北部的ＪＺ２０－２ＭＵＱ平台结构进行了冰振反应分析,计算了不同设计冰厚、不同冰作用方向和标高及平台桩腿有无正倒锥体（一种破冰装置）的结构反应,探讨了正倒锥体对减轻冰力和结构反应的作用,发现了结构冰激振动的一些特征,为在该平台上实施振动控制方案提供了依据     

Reliability-Based Load and Resistance Factors Design for Offshore Jacket Platforms in the Bohai Bay: Calibration on Target Reliability Index

The target reliability index has been effectively used as the best solution to deal with the relationship between the structural safety and the optimal economy in any structural design. However, the target reliability index for off-shore jacket platforms based on different sea areas in China has never been calibrated. This paper presents an approach for its calibration, and suggests many kinds of associated load cases. The uncertainties of loads and structural resistance are mainly investigated. The target reliability index for structural components, tubular joints and piles of offshore jacket platforms are discussed respectively in detail. Finally, through the calibrated results from the offshore jacket platforms of QK18-1, JZ20-2, SZ36-1 and BZ28-1 in the Bohai Bay, it is proposed to adopt 2.8 as the target reliability index of offshore jacket platforms in the Bohai Bay for a 25-year design period. The results provide significant reference for the design of offshore jacket platforms.