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隨著海上油氣工業(yè)的開發(fā)和發(fā)展，海洋平臺日益受到世界各海洋石油生產(chǎn)商的關(guān)注。半潛式平臺作為一種重要的移動式平臺，具有移動性能良好，受波浪影響小，工作水深大等特點，從上世紀70年代以來得到廣泛應用。半潛式平臺的主體和浮體一般是由大量加筋板結(jié)構(gòu)組成，這類加筋板構(gòu)件在載荷作用下可能有多種破壞模式，Hughes把加筋板極限破壞模式歸為三種：加強筋翼板失效、帶板壓縮失效及加強筋翼板與帶板同時失效。由于焊接等因素，加筋板往往存在初始撓度和殘余應力。在平臺總彎曲作用過程中，一部分加筋板受拉伸作用，另一部分受軸向壓縮作用。在極端情況下，部分受拉的加筋板可能發(fā)生屈服，或者部分受壓的加筋板發(fā)生屈曲，因而導致平臺總體破壞，即平臺結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)。一般，一座平臺結(jié)構(gòu)的極限強度可用橫剖面的極限彎矩表示。通過實例計算平臺浮體和整體的極限彎矩，對半潛式平臺的極限強度進行有限元分析，同時針對平臺立柱與支撐相交的管節(jié)點容易破壞的特點，運用有限元軟件MSC/MARC對典型的管節(jié)點進行極限分析，得出相關(guān)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，為下一步平臺結(jié)構(gòu)的安全性評價提供可靠依據(jù)。
結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)是一個十分復雜的非線性過程，較準確的計算應該是采用結(jié)構(gòu)非線性方法。介紹了當前船舶極限強度較具代表性的計算方法，平臺與船舶在結(jié)構(gòu)上相似，都可看成由大量加筋板組成的箱形結(jié)構(gòu)。因此本文在計算平臺極限強度時引人在船舶領域常用的簡化逐步破壞分析法。該方法是Smiht提出的一種簡化計算方法，適用于分析船體梁受到縱向彎曲后船體剖面的逐步破壞過程。
平斷面假定，即平臺橫截面在曲率改變前后均保持為平面，這樣就可以保證橫截面上的應變沿深度方向線性分析；假定平臺橫框架足夠強，在極限狀態(tài)下橫框架能夠保持完好，截面的崩潰發(fā)生于相鄰框架間，即只有橫框架之間的加筋板破壞；平臺整體失穩(wěn)應力高于框架間的梁、柱崩潰應力；加強筋的側(cè)傾應力也高于框架間的崩潰應力。
劃分單元：將平臺中剖面離散成一系列加筋板單元和拐角單元(硬角單元)，其中加筋板單元由一根加強筋和帶板組成；初始化平臺整體曲率，認為瞬時彈性中和軸即為有效面彈性中和軸，計算當前每個單元相應的應變，建立整體截面的力平衡方程，更新力的差值計算，滿足下式，迭代即完成。將當前曲率計算的總體彎矩與前一次的彎矩比較，判斷是否達到極限彎矩值；如果彎矩一曲率關(guān)系曲線的斜率為零或為負值，則結(jié)束計算，得到極限彎矩M；否則，返回，按初始曲率的10寫逐次增加，重新計算。
本文采用簡化方法計算得到加筋板單元的應力一應變關(guān)系。對受拉加筋板，假定材料符合理想彈一塑性，平均應力一應變曲線分為穩(wěn)定區(qū)和承載不變區(qū)兩個區(qū)域。穩(wěn)定區(qū)屬彈性階段，應力一應變關(guān)系服從虎克定律；承載不變區(qū)屬達到塑性階段，加筋板的強度值保持為屈服應力。對于受壓加筋板，平均應力一應變曲線分為三個區(qū)域：穩(wěn)定區(qū)，承載不變區(qū)和卸載區(qū)。穩(wěn)定區(qū)表示載達到極限強度前，應力一應變關(guān)系服從虎克定律；承載不變區(qū)表示達到極限強度時，加筋板開始形成塑性鉸，在塑性鉸形成過程中壓縮應變增加而加筋板承載力不變；卸載區(qū)表示完全形成塑性鉸后，加筋板承載力隨壓縮應變增加而下降。
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