基于谱分析法的深水导管架平台疲劳寿命可靠性分析.pdf

第22卷第1期中国海上油气V01．22No．1

2010年2月CHINAOFFSHORE()ILANDGASFeb．2010

基于谱分析法的深水导管架平台疲劳寿命可靠性分析*

修宗祥1杨秀娟1闫相祯1冯永训2

(1．中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院；2．胜利工程设计咨询公司)

以200

摘要m水深导管架平台为研究对象，采用有限元方法对各疲劳子工况下平台的动力响

应进行分析，确定了计算点处的传递函数，并计算出相应的应力谱；根据Miner线性疲劳累积损伤

理论及结构可靠性理论对平台的疲劳寿命可靠性进行了分析；对泥面以下6倍桩径处固定的等效

桩做法在深水导管架平台动力分析中的适用性进行了分析。对于深水导管架平台，采用泥面以下

6倍桩径处固定的等效桩做法存在较大误差，进行动力分析时须采用桩一土耦合模型；渡高较小海

况下，平台结构应力谱对应于波浪主频率的峰值较小、对应于平台前两阶固有频率的峰值较大，后

者是导致平台疲劳破坏的主要原因；导管架过渡段到第三水平层之问节点及泥面处节点的可靠性

指标相对较小。

关键词深水导管架谱分析疲劳可靠性传递函数应力谱

深水导管架平台因具有工作水深较大、施工方正态随机波浪过程r／(t)与平稳正态随机交变应力过

便等优点而很快得到推广和发展，但由于海洋深水程盯(￡)的功率谱密度函数，则有[2]

环境恶劣，且随着水深的增加平台的动力响应更加(1)

S。。(∞)一[H(cc，)]2S。。(cc，)

明显，因此深水导管架平台的疲劳及可靠性问题也式(1)中：H(∞)为传递函数；∞为圆频率。

更加突出。波浪具有很大的随机性，因此，如何进行采用时间域内作用规则波来确定传递函数。假

随机波浪荷载作用下深水导管架平台结构的疲劳可定导管架平台结构受一给定波幅和圆频率的规则波

靠性分析就成为重要的研究内容。传统的研究方法作用，根据Morison公式计算作用在导管架结构上

是通过经验公式或有限元方法得到构件热点应力，的波浪诱导载荷，然后采用有限元法对导管架平台

再通过一定的近似方法得到等效疲劳应力幅值，但结构进行动力响应力分析，得到平台结构的应力和

这种方法把真实的随机载荷过程简化成等幅载荷过位移等响应，将所得到的研究部位的响应幅值与波

程，不能真实地描述海洋波浪的随机性[1]。针对幅相比就得到该圆频率下传递函数的值。取一系列

200

m水深导管架平台，笔者基于谱分析理论建立不同的圆频率按上述方法计算，并保证足够的数量

有限元计算模型，通过对随机波浪荷载作用下深水以确定传递函数中所固有的峰值和谷值，就可得到

导管架平台进行结构动力响应计算，确定应力传递传递函数H(co)关于∞的分布规律。

函数，得到随机应力谱；在此基础上，基于Miner线1．2分段连续型载荷谱下的应力参数

性疲劳累积损伤原理和可靠性理论，从概率的角度在某一海况中，交变应力为一均值等于零的窄

对结构的疲劳寿命进行分析。带平稳正态随机过程，根据随机过程理论可知，应力

峰值服从Rayleigh分布。当交变应力过程为窄带

l随机疲劳寿命可靠性分析

时，跨零率等于峰值率，应力每跨越零均值一次即出

1．1随机应力谱现一个峰值，这时所有的峰值都是正的，于是可以假

利用传递函数通过海洋波浪谱来预测结构的波