1、深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)由于工作水深較大,施工方便等優(yōu)點(diǎn),得到快速發(fā)展和推廣。但由于深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、龐大的體積、昂貴的造價(jià)以及極惡劣的工作環(huán)境,對(duì)其安全性與經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。本文依托中石化應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目-“深水導(dǎo)管架平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究”,通過(guò)理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、工程實(shí)例分析及配套軟件開發(fā)等手段,重點(diǎn)開展了深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)安全可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。
　　 本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)基于非線性

2、地基梁理論,采用非線性土彈簧模型模擬樁-土相互作用,建立了深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)非線性動(dòng)力分析模型。對(duì)比分析了采用等效樁法與考慮樁-土耦合法時(shí)平臺(tái)的振動(dòng)模態(tài)及關(guān)鍵部位處位移、速度及加速度的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；考慮了樁-土耦合法計(jì)算時(shí)的群樁效應(yīng)問題,分析了海底表層土性質(zhì)、樁間距及樁徑對(duì)平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　 (2)采用時(shí)程分析法對(duì)平臺(tái)在地震載荷作用下的非線性動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析,并與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。分別運(yùn)用IDA方法及P

3、ushover法對(duì)深水導(dǎo)管架平臺(tái)的抗震性能進(jìn)行分析,并對(duì)Pushover法不同側(cè)力加載模式的適用性與準(zhǔn)確性進(jìn)行分析比較,得到了適合深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的側(cè)力加載模式。針對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)、材料參數(shù)、地震載荷的隨機(jī)性,建立了平臺(tái)在地震作用下的動(dòng)力可靠性分析模型,并進(jìn)一步考慮了地震導(dǎo)致的土層液化對(duì)平臺(tái)動(dòng)力可靠性的影響。
　　 (3)針對(duì)深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)在隨機(jī)波浪載荷作用下的疲勞問題,采用能夠準(zhǔn)確考慮海洋波浪能量沿整個(gè)頻率范圍分布情況的譜

4、分析方法,并引入結(jié)構(gòu)可靠性理論,建立了深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的疲勞可靠性模型,并同基于等效Weibull分布方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　 (4)由于深水導(dǎo)管架平臺(tái)疲勞問題突出,因此,要設(shè)計(jì)合理的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式,必須考慮平臺(tái)的疲勞性能。本文通過(guò)MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了Hooke-Jeeves直接優(yōu)化算法法,將ANSYS有限元軟件作為求解器進(jìn)行深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)及疲勞可靠性計(jì)算,并將疲勞可靠性指標(biāo)作為優(yōu)化的一項(xiàng)約束條件,通過(guò)M

5、ATLAB循環(huán)調(diào)用批處理模式下的ANSYS軟件實(shí)現(xiàn)最終的平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過(guò)程。同時(shí),引入一種可行的簡(jiǎn)化方法,即先進(jìn)行極限靜力載荷工況下的導(dǎo)管架海洋平臺(tái)靜力優(yōu)化分析,然后在靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上,將平臺(tái)固有頻率和安全疲勞可靠性指標(biāo)作為約束條件進(jìn)行動(dòng)力優(yōu)化分析。
　　 (5)針對(duì)深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)選型這一復(fù)雜問題,基于層次分析法、綜合模糊評(píng)判方法等理論,引入三級(jí)模糊優(yōu)選決策理論以及專家群組評(píng)判可信度方法建立了深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)模糊優(yōu)化選型

6、模型。以200m水深導(dǎo)管架海洋平臺(tái)為例,對(duì)平臺(tái)四種方案進(jìn)行綜合模糊優(yōu)選。
　　 (6)以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論和模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ),結(jié)合深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)施工特點(diǎn),對(duì)平臺(tái)上駁過(guò)程、拖航過(guò)程和下水過(guò)程中不確定因素潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。通過(guò)故障樹法對(duì)各個(gè)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別,并建立對(duì)應(yīng)的故障樹模型。引入基于專家群組可信度方法求解各風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)權(quán)重、各因素的發(fā)生概率隸屬度以及各因素的后果嚴(yán)重程度隸屬度。最后編制了針對(duì)深水導(dǎo)管架上駁過(guò)程、