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隨著我國(guó)海上油氣工業(yè)的開發(fā)和生產(chǎn)，在渤海、南海等海域已有數(shù)十座的海上建筑群。在惡劣的海洋環(huán)境條件下，這些鋼結(jié)構(gòu)不斷受到侵蝕和破壞。風(fēng)、浪、流和冰載荷的長(zhǎng)期作用、暴風(fēng)雨條件下飛浪對(duì)甲板的沖擊、機(jī)械撞擊所致的構(gòu)件損傷，波浪引起的樁基運(yùn)動(dòng)、不盡合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、損傷構(gòu)件的未能及時(shí)修理、桿件的腐蝕、海床淘蝕的影響以及海生物的增長(zhǎng)等原因均可增加平臺(tái)所受載荷，減小平臺(tái)承載能力，最終導(dǎo)致平臺(tái)結(jié)構(gòu)的倒塌。因此，對(duì)海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)估顯得尤為重要。當(dāng)前，主要有兩種安全評(píng)估法被廣泛應(yīng)用，一是結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)最大載荷之比，另一個(gè)則是用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)估算倒塌的概率。這兩種近似方法中，環(huán)境載荷作用下結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的估算是其中關(guān)鍵之一。
結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度，是指對(duì)結(jié)構(gòu)不斷增加環(huán)境載荷來(lái)計(jì)算其受力及變形狀態(tài)，直到結(jié)構(gòu)不再承受更高載荷為止。分析中，不僅應(yīng)考慮強(qiáng)度的塑性和大位移的因素，而且還要考慮單個(gè)結(jié)構(gòu)桿件剛度變化的影響，如屈曲或塑性。這樣的局部破壞能引起內(nèi)力的重新分布，從而使結(jié)構(gòu)顯示出較高的非線性特征直至結(jié)構(gòu)極限倒塌。在這方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者已作了大量的工作。Setwart以實(shí)例說(shuō)明了估算平臺(tái)結(jié)構(gòu)極限承載能力的方法，從而對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則方法加以補(bǔ)充，即確定評(píng)估現(xiàn)有平臺(tái)結(jié)構(gòu)完整性的準(zhǔn)則。Tiuts分析了64m水深的導(dǎo)管架平臺(tái)在不同的波作用下的儲(chǔ)備強(qiáng)度率，給出了結(jié)構(gòu)破壞和基礎(chǔ)破壞的極限載荷。Zayas考慮了一個(gè)1:6尺寸的二維框架模型，試驗(yàn)了在地震載荷條件下結(jié)構(gòu)的非線性特性，結(jié)果是其破壞形式主要是桿件的塑性屈曲。Grenda給出了六個(gè)真實(shí)平臺(tái)尺寸的K型框架試驗(yàn)報(bào)告。Moan給出了海洋平臺(tái)可能損傷條件的簡(jiǎn)單描述，對(duì)于非線性倒塌分析給出了兩種有限元分析方法的理論基礎(chǔ)。Clawson分析了8腿海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的倒塌分析。Ueda提出了一種有效的方法—理想結(jié)構(gòu)單元法。ISUM來(lái)估算極限強(qiáng)度。方法中考慮了應(yīng)變硬化、損傷效應(yīng)和局部殼屈曲等非線性特性。其在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，還考慮了桿件、節(jié)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)整體的非線性特性。Van研究了墨西哥灣平臺(tái)部分損傷結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)了風(fēng)載荷，使用了非線性推倒技術(shù)破壞后果的極限倒塌載荷。Lalani提出了三步結(jié)構(gòu)整體估算過(guò)程，進(jìn)行了平面框架的倒塌分析。
然而，對(duì)海洋導(dǎo)管架平臺(tái)這樣一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其有限元分析模型可達(dá)幾百個(gè)節(jié)點(diǎn)，上千個(gè)自由度，使用復(fù)雜的分析程序來(lái)完成整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)倒塌分析，既需要大型計(jì)算機(jī)，又需占用大量CPU，這樣的分析一般來(lái)說(shuō)是不適合日常使用的。
應(yīng)用“桿件替代”法來(lái)完成“推倒”分析是一種需要大量手工勞動(dòng)的細(xì)致工作，它不需要復(fù)雜的非線性分析程序，只需線性分析程序即可完成。在此方法中，每根桿件假設(shè)具有線性特性，直到達(dá)到峰值承載，然后，桿件載荷下落到一個(gè)殘余的值，這樣，桿件的后峰值特性能從完全塑性到完全脆性變化(如圖所示)。一旦桿件達(dá)到它的峰值載荷，在模型中，它被人工地用殘余載荷替換。此方法的主要缺點(diǎn)是：它不能考慮連續(xù)的強(qiáng)度退化，且得到的極限強(qiáng)度趨于保守；手工操作時(shí)間多。Nordai用桿件替代法計(jì)算了8腿鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架平臺(tái)口，在考慮桿件具有連續(xù)的后屈曲特性的前提下，Pike給出了另外一種桿件替代法.〕，即屈曲后桿件載荷下降的過(guò)程。雖然此方法更精確，但要求大量的線彈性結(jié)構(gòu)分析。當(dāng)用于模擬重復(fù)的桿件破壞時(shí)，此方法較繁瑣。
Stewart給出了一種簡(jiǎn)單有效的模擬系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的線性分析程序 (SACS.MARCS等)能用來(lái)完成框架倒塌特性分析。倒塌模式主要是支撐桿件軸向破壞(屈曲或屈服)或樁軸向破壞(拉出或傳透)。桿件的非線性特性數(shù)據(jù)由用戶描述，非線性問(wèn)題被減小到尋找一組桿件端部力。在組如側(cè)耐合載荷條件下，強(qiáng)制線性系統(tǒng)模擬非線性系統(tǒng)的特性，由于在倒塌機(jī)制中有限幾根桿件起作用(一般十根左右)，所以即使對(duì)大的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一組約束力也是相當(dāng)小的。這個(gè)方法比復(fù)雜的非線性分析程序有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中之一就是簡(jiǎn)單易行、節(jié)省時(shí)間，使用非線性乘程序需要幾個(gè)月的復(fù)雜結(jié)構(gòu)倒塌分析，利用這個(gè)方法僅用幾天時(shí)間就可以完成。Setwart文中分析計(jì)算了平面框架的極限強(qiáng)度，并與用非線性程序USFOS計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果相當(dāng)吻合。我們用線性迭代法進(jìn)行平臺(tái)倒塌分析，并計(jì)算兩座平臺(tái)結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度。
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