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隨著我國海上油氣工業(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、浪、流和冰載荷的長期作用、暴風雨條件下飛浪對甲板的沖擊、機械撞擊所致的構(gòu)件損傷，波浪引起的樁基運動、不盡合理的設計準則、損傷構(gòu)件的未能及時修理、桿件的腐蝕、海床淘蝕的影響以及海生物的增長等原因均可增加平臺所受載荷，減小平臺承載能力，最終導致平臺結(jié)構(gòu)的倒塌。因此，對海上平臺結(jié)構(gòu)進行安全性評估顯得尤為重要。當前，主要有兩種安全評估法被廣泛應用，一是結(jié)構(gòu)極限強度與結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)最大載荷之比，另一個則是用統(tǒng)計方法來估算倒塌的概率。這兩種近似方法中，環(huán)境載荷作用下結(jié)構(gòu)極限強度的估算是其中關(guān)鍵之一。
結(jié)構(gòu)的極限強度，是指對結(jié)構(gòu)不斷增加環(huán)境載荷來計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，不僅應考慮強度的塑性和大位移的因素，而且還要考慮單個結(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。在這方面國內(nèi)外學者已作了大量的工作。Setwart以實例說明了估算平臺結(jié)構(gòu)極限承載能力的方法，從而對設計準則方法加以補充，即確定評估現(xiàn)有平臺結(jié)構(gòu)完整性的準則。Tiuts分析了64m水深的導管架平臺在不同的波作用下的儲備強度率，給出了結(jié)構(gòu)破壞和基礎破壞的極限載荷。Zayas考慮了一個1:6尺寸的二維框架模型，試驗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給出了六個真實平臺尺寸的K型框架試驗報告。Moan給出了海洋平臺可能損傷條件的簡單描述，對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。Clawson分析了8腿海洋平臺結(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來估算極限強度。方法中考慮了應變硬化、損傷效應和局部殼屈曲等非線性特性。其在海洋平臺結(jié)構(gòu)的應用中，還考慮了桿件、節(jié)點及結(jié)構(gòu)整體的非線性特性。Van研究了墨西哥灣平臺部分損傷結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計預測了風載荷，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)整體估算過程，進行了平面框架的倒塌分析。
然而，對海洋導管架平臺這樣一個復雜的結(jié)構(gòu)來說，其有限元分析模型可達幾百個節(jié)點，上千個自由度，使用復雜的分析程序來完成整個平臺結(jié)構(gòu)倒塌分析，既需要大型計算機，又需占用大量CPU，這樣的分析一般來說是不適合日常使用的。
應用“桿件替代”法來完成“推倒”分析是一種需要大量手工勞動的細致工作，它不需要復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，每根桿件假設具有線性特性，直到達到峰值承載，然后，桿件載荷下落到一個殘余的值，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。此方法的主要缺點是：它不能考慮連續(xù)的強度退化，且得到的極限強度趨于保守；手工操作時間多。Nordai用桿件替代法計算了8腿鋼結(jié)構(gòu)導管架平臺口，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。當用于模擬重復的桿件破壞時，此方法較繁瑣。
Stewart給出了一種簡單有效的模擬系統(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，強制線性系統(tǒng)模擬非線性系統(tǒng)的特性，由于在倒塌機制中有限幾根桿件起作用(一般十根左右)，所以即使對大的結(jié)構(gòu)來說，一組約束力也是相當小的。這個方法比復雜的非線性分析程序有幾個優(yōu)點，其中之一就是簡單易行、節(jié)省時間，使用非線性乘程序需要幾個月的復雜結(jié)構(gòu)倒塌分析，利用這個方法僅用幾天時間就可以完成。Setwart文中分析計算了平面框架的極限強度，并與用非線性程序USFOS計算結(jié)果進行了比較，結(jié)果相當吻合。我們用線性迭代法進行平臺倒塌分析，并計算兩座平臺結(jié)構(gòu)的極限強度。
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