腐蝕損傷對(duì)深海半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響研究

張 健，沈中祥，王自力，嵇春艷

（1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.中國船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無錫 214082））

腐蝕損傷對(duì)深海半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響研究

張 健1,2，沈中祥1，王自力1，嵇春艷1

（1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.中國船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無錫 214082））

極限強(qiáng)度是半潛式海洋平臺(tái)適應(yīng)環(huán)境能力的重要指標(biāo)，鑒于腐蝕損傷對(duì)平臺(tái)極限承載能力的重要影響，在評(píng)價(jià)平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全性時(shí)應(yīng)考慮腐蝕損傷因素。文章以3000 m深海半潛式平臺(tái)為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元軟件建立以腐蝕厚度為變量的典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的參數(shù)化模型，基于逐步破壞分析法和有限元計(jì)算法，采用增量理論按比例逐步加載，計(jì)算了典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)在腐蝕損傷影響下的極限承載力，總結(jié)了典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)在不同失效模式和服役年限下的極限承載力演變規(guī)律。

半潛平臺(tái)；腐蝕；構(gòu)件；節(jié)點(diǎn)；極限強(qiáng)度

1 引 言

隨著各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油氣資源的需求日益擴(kuò)大，陸上油氣資源的逐步枯竭，油氣資源開發(fā)正在不斷地向海洋尤其是深海發(fā)展[1]。而深海半潛式鉆井平臺(tái)作為目前國內(nèi)外用于深海開發(fā)的主流鉆井設(shè)備，體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且長期處于鹽霧、潮氣和海水等環(huán)境中，受到海水及海生物的侵蝕而產(chǎn)生劇烈的電化學(xué)腐蝕，海洋環(huán)境十分復(fù)雜惡劣，腐蝕嚴(yán)重影響海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，降低平臺(tái)承載能力，影響平臺(tái)使用安全[2]。因此，平臺(tái)一旦發(fā)生事故后果不堪設(shè)想。1980年“亞歷山大·基爾蘭”號(hào)（Alexander L.Kielland）半潛式生活平臺(tái)由于D-6撐桿在腐蝕作用下發(fā)生斷裂最后導(dǎo)致整個(gè)平臺(tái)的傾覆[3]；2001年3月巴西最大的海上平臺(tái)也是當(dāng)時(shí)世界上最大的半潛式海上油井平臺(tái)之一，耗資3.26億美元的老齡化平臺(tái)P-36號(hào)沉沒造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染[4]。這些事故引起了國際海洋工程界的高度重視，國際船舶與海洋結(jié)構(gòu)委員會(huì)在2003年成立了專門的"老齡化船舶與海洋結(jié)構(gòu)評(píng)估委員會(huì)"，探討老齡化船舶和平臺(tái)合適的評(píng)估方法和判定標(biāo)準(zhǔn)。

平臺(tái)極限強(qiáng)度評(píng)估是確保其在可能的極限外載荷下有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，是保證完整性最有效的方法。目前，研究海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度已經(jīng)成為國際海洋工程領(lǐng)域近期的一個(gè)熱點(diǎn)研究課題。由于我國深水海洋平臺(tái)的研究還處于起步階段，腐蝕對(duì)深水海洋平臺(tái)極限強(qiáng)度的研究尚未充分開展，再加上我國鋼材抗腐蝕性能及防腐技術(shù)與發(fā)達(dá)國家有一定差距，因此，進(jìn)行考慮腐蝕損傷下的海洋平臺(tái)安全評(píng)估研究具有重要意義。

2 極限強(qiáng)度概述

極限強(qiáng)度的概念早在上世紀(jì)五十年代就由VASTA提出，極限狀態(tài)是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)物是處于正常功能狀態(tài)還是處于失效狀態(tài)的衡量標(biāo)準(zhǔn)。所謂極限分析，就是當(dāng)外載荷達(dá)到某一極限值，結(jié)構(gòu)將變?yōu)閹缀慰勺儥C(jī)構(gòu)，變形將無限制地增長，從而失去承載能力，這種狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。當(dāng)研究極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變、載荷或變形等時(shí)，即為極限分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類、使用目的和使用方式的不同，可分為多種極限狀態(tài)。即使對(duì)于同一種極限狀態(tài)，其失效模式也不盡相同。通常情況下可分為三種極限狀態(tài)：最終極限狀態(tài)、可服務(wù)性極限狀態(tài)和條件性極限狀態(tài)。

本文基于逐步破壞法原理，采用非線性有限元計(jì)算方法求解結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度，采用弧長法[5]求解過程中，考慮幾何和材料非線性的影響，通過改變單元大小、載荷步長、邊界條件等影響結(jié)果精度的因素，獲得平臺(tái)在考慮腐蝕損傷下典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的極限承載力。

3 腐蝕預(yù)報(bào)模型

海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理極為復(fù)雜，很難用理論化的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行詳盡描述。目前，在船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的腐蝕缺陷分析中，通常以結(jié)構(gòu)物在修復(fù)期內(nèi)的任意一個(gè)時(shí)刻，板厚以某種形式的減少來表示腐蝕的影響。各國學(xué)者根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的環(huán)境、材料特性等提出各類的腐蝕數(shù)學(xué)模型。Southwell等人[5]提出了一個(gè)線性和雙線性的模型。Melchers[6]在統(tǒng)計(jì)分析后將該模型參數(shù)表示成統(tǒng)計(jì)意義上的關(guān)系，從而將這兩個(gè)模型發(fā)展成“拓展的Southwell模型”，并進(jìn)一步提出了指數(shù)模型。這些模型可簡要地歸納如下：

拓展的Southwell線性模型：

Melchers-Southwell指數(shù)模型

Melchers還提出了三線性和另一種指數(shù)模型

Melchers三線性模型

Melchers指數(shù)模型

其中,d（t）是將t時(shí)刻腐蝕了的板厚作為確定的量時(shí)的值；u（t）和σ（t）是t時(shí)刻腐蝕了的板厚作為不確定的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差。Duedes和Paik模型中考慮了腐蝕保護(hù)系統(tǒng) （Corrosion Protection System,CPS）對(duì)板厚變化的影響，然而，這個(gè)模型中認(rèn)為腐蝕過程在CPS完全失效時(shí)才開始，并沒有考慮腐蝕保護(hù)系統(tǒng)和環(huán)境的相互作用。事實(shí)上，腐蝕保護(hù)系統(tǒng)比如防腐涂層是一個(gè)漸進(jìn)失效的過程，在其完全失效之前腐蝕就已經(jīng)開始了?？紤]到腐蝕保護(hù)效能的逐漸衰減及附著微生物等條件的影響，秦圣平提出用 Weibull方程來描述腐蝕速率[7]：

式中：d∞，β，η，Tst四個(gè)待定系數(shù)可以根據(jù) Paik[8]等人提供的腐蝕數(shù)據(jù)分布規(guī)律確定，如（8）式，腐蝕速率和腐蝕厚度與時(shí)間的關(guān)系如圖1和圖2所示。

圖1 腐蝕速率曲線Fig.1 Corrosion rate curve

圖2 腐蝕厚度曲線Fig.2 Corrosion thickness curve

（8）式所示模型是根據(jù)Paik所提供的散貨船縱向構(gòu)件所擬合出的腐蝕曲線，他考慮了CPS的逐漸失效過程，存在腐蝕加速、減速階段，避免了腐蝕速率的躍變過程，具有較好的擬合性。由于本文研究目標(biāo)為平臺(tái)結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度，需要預(yù)報(bào)出該結(jié)構(gòu)在最惡劣條件下的最大承載能力，不同海域海水鹽度、溫度和生物附著情況不同，海水對(duì)結(jié)構(gòu)的侵蝕能力不同，導(dǎo)致平臺(tái)腐蝕保護(hù)有效度和腐蝕速率也會(huì)有所不同。因此，腐蝕模型需要包括各種最惡劣腐蝕情況，為了揭示腐蝕對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響，本文算例采用沒有任何腐蝕保護(hù)的腐蝕模型，如下式所示[9]。

式中：r（t）為t時(shí)間內(nèi)材料厚度的損失(mm)；ri為平均年腐蝕率(mm/年)；t0為防腐材料的保護(hù)時(shí)間。 假設(shè)在同一區(qū)域內(nèi)，構(gòu)件年腐蝕率相同。計(jì)及海水對(duì)水下構(gòu)件及水上構(gòu)件腐蝕速率的影響，本文根據(jù)各種腐蝕模型的年平均腐蝕量，確定腐蝕速率如表1所示。

表1 腐蝕速率的統(tǒng)計(jì)特性Tab.1 Probabilistic characteristics of corrosion rate

4 腐蝕損傷下典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)極限承載力數(shù)值仿真

4.1 典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的選取

在進(jìn)行海洋平臺(tái)極限承載力計(jì)算之前，首先需要對(duì)各種海況條件下海洋平臺(tái)的整體受力模式及結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行分析，從而確定在常規(guī)海況下海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和構(gòu)件失效模式，以便進(jìn)一步確定選取何種受力狀態(tài)下的何種構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行極限強(qiáng)度分析。本文依據(jù)我國最新的3000米深水半潛平臺(tái)圖紙，建立包括平臺(tái)主體、立柱、下浮體、橫撐等主要部分的半潛式平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的有限元模型，并對(duì)其在各種海況下的應(yīng)力分布狀況進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。在進(jìn)行極限強(qiáng)度分析時(shí)，應(yīng)選取應(yīng)力最大部位作為極限強(qiáng)度研究對(duì)象。就構(gòu)件而言，在下浮體與下浮體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)之間設(shè)置的撐桿一方面加強(qiáng)了平臺(tái)的強(qiáng)度，同時(shí)由于其受力狀態(tài)復(fù)雜，撐桿是平臺(tái)中較易發(fā)生破壞的構(gòu)件，屬平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)；就節(jié)點(diǎn)而言，橫撐與立柱交界處節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中較為嚴(yán)重，在各類節(jié)點(diǎn)中屬于易首先發(fā)生失效的部位，因此，最終確定橫撐作為典型構(gòu)件、橫撐與立柱交界處節(jié)點(diǎn)作為典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行極限強(qiáng)度分析。

圖3 整體半潛式平臺(tái)應(yīng)力分布Fig.3 Stress distribution of the semi-submersible platform

4.2 有限元模型概述

該平臺(tái)材料為EQ36鋼材，屈服強(qiáng)度為355MPa，密度為7 800 kg/m3，泊松比為0.32，彈性模量為206GPa。

建立典型構(gòu)件（橫撐）有限元模型時(shí)，由于橫撐跨度較大，且為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為減小計(jì)算量，典型構(gòu)件取其長度一半進(jìn)行參數(shù)化建模，中部端面采用對(duì)稱約束，為更加準(zhǔn)確模擬立柱對(duì)橫撐的約束，在橫撐與立柱相交一端建立立柱板，并將約束施加于立柱板四周的剛性周界上，有限元模型如圖4所示。為消除邊界條件的影響，建立典型節(jié)點(diǎn)有限元模型時(shí)，將立柱上端取橫撐往上1m，下端與浮體甲板相交，橫撐向立柱外測(cè)延長2個(gè)肋位距離，內(nèi)側(cè)延長1個(gè)肋位距離，立柱上下端采用剛性約束。由于載荷施加處結(jié)構(gòu)由殼單元和梁單元兩種類型的單元構(gòu)成，為解決不同類型的單元之間的載荷傳遞，端部采用MPC進(jìn)行邊界處理。典型節(jié)點(diǎn)有限元模型如圖5所示。

圖4 典型構(gòu)件（橫撐）有限元模型Fig.4 Finite Element Model of the typical component

圖5 典型節(jié)點(diǎn)有限元模型Fig.5 Finite Element Model of the typical node

首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一階模態(tài)屈曲分析，得到結(jié)構(gòu)的理論屈曲強(qiáng)度（分叉點(diǎn)），將理論屈曲值的2-2.5倍作為載荷施加于結(jié)構(gòu)上，進(jìn)行典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)極限承載力計(jì)算。

4.3 典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)失效模式

經(jīng)過對(duì)半潛平臺(tái)進(jìn)行整體應(yīng)力分析，結(jié)果表明，橫撐和節(jié)點(diǎn)的受力方式主要有軸向受壓、受彎以及受剪，在多數(shù)情況下構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)屬于多種受力狀態(tài)聯(lián)合作用，而且在平臺(tái)受到不同海況作用下，橫撐和節(jié)點(diǎn)的主受力方式不同。計(jì)算結(jié)果表明，橫撐的主受力方式為彎曲，典型節(jié)點(diǎn)的主受力方式為剪切。

本文在極限承載力計(jì)算過程中，首先分別計(jì)算了橫撐和節(jié)點(diǎn)在服役0年（無損狀態(tài)）軸向受壓、純剪切狀態(tài)和彎曲狀態(tài)下的極限承載力。同時(shí)，為了進(jìn)一步研究不同服役年限下結(jié)構(gòu)腐蝕對(duì)橫撐極限承載力的影響，分別計(jì)算橫撐在服役10年、20年、30年、40年和50年時(shí)彎曲狀態(tài)下的極限承載力；分別計(jì)算節(jié)點(diǎn)在服役10年、20年、30年、40年和50年時(shí)剪切狀態(tài)下的極限承載力。

4.4 無損狀態(tài)下橫撐和節(jié)點(diǎn)極限承載力計(jì)算結(jié)果

無損平臺(tái)極限強(qiáng)度評(píng)估是剩余極限強(qiáng)度評(píng)估的基礎(chǔ)，采用弧長法分別計(jì)算橫撐和節(jié)點(diǎn)在服役0年（無損狀態(tài)）平臺(tái)受彎、受剪和受壓3種失效模式下的極限承載力，計(jì)算結(jié)果如圖6-11所示，結(jié)果匯總表見表2。

圖6 橫撐無損受壓荷載曲線Fig.6 Curve of typical component without defects under the compression action

圖7 典型節(jié)點(diǎn)無損受壓荷載曲線Fig.7 Curve of typical node without defects under the compression action

圖8 橫撐無損受剪荷載曲線Fig.8 Load curve of typical component without defects under the shear action

圖9 典型節(jié)點(diǎn)無損受剪荷載曲線Fig.9 Load curve of typical node without defects under the shear action

圖10 橫撐無損受彎限荷載曲線Fig.10 Load curve of typical component withoutdefects under the bending action

圖11 典型節(jié)點(diǎn)無損受彎荷載曲線Fig.11 Load curve of typical node without defects under the bending action

表2 橫撐和節(jié)點(diǎn)無損時(shí)在壓縮、剪切和彎曲作用下的極限載荷Tab.2 The limit load of typical component and node without defects under the action of compression,shear and bending

研究各種受力模式下橫撐和節(jié)點(diǎn)的極限荷載曲線可知，各條曲線有一個(gè)共同特點(diǎn)，即在外載荷不斷增加的同時(shí)，結(jié)構(gòu)變形也逐步增加，當(dāng)外載荷達(dá)到某一峰值后荷載隨即開始下降，而結(jié)構(gòu)變形將無限制地增長，此時(shí)結(jié)構(gòu)逐漸喪失承載能力，該荷載峰值對(duì)應(yīng)狀態(tài)即為結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度狀態(tài)。對(duì)不同受力模式下的曲線形狀比較可以看出，相比而言，橫撐及節(jié)點(diǎn)在受壓和受彎模式下的荷載曲線在達(dá)到峰值后下降曲率較大，承載力下降迅速，而受剪模式曲線下降曲率較小，卸載速度較為緩慢，這說明無論橫撐還是節(jié)點(diǎn)，剪切破壞模式對(duì)結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度的影響較為穩(wěn)定，而在壓縮和彎曲受力模式下，結(jié)構(gòu)一旦達(dá)到極限強(qiáng)度其承受風(fēng)浪流等外載荷的能力將迅速下降。將典型構(gòu)件橫撐和典型節(jié)點(diǎn)的極限載荷圖進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，三種受力模式下橫撐的極限荷載曲線在峰值位置處均有一個(gè)明顯凸起，說明橫撐在達(dá)到極限荷載后先是有一個(gè)明顯卸載然后再趨于平緩，這與橫撐相對(duì)節(jié)點(diǎn)而言結(jié)構(gòu)較弱有關(guān)，同時(shí)與橫撐和節(jié)點(diǎn)的約束條件不同有關(guān)。

考察橫撐及典型節(jié)點(diǎn)到達(dá)極限強(qiáng)度狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力分布，可以發(fā)現(xiàn)，無論是受剪、受壓還是受彎模式，節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)最大應(yīng)力發(fā)生在橫撐與立柱連接的端部，橫撐達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)的最大應(yīng)力同樣發(fā)生在靠近橫撐端部的部位，橫撐中部區(qū)域應(yīng)力相對(duì)較小，如圖12和圖13所示，因此，在平臺(tái)設(shè)計(jì)及建造時(shí)應(yīng)注意對(duì)該區(qū)域的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，在平臺(tái)使用過程中也應(yīng)特別注意對(duì)該部位的定期檢查和維護(hù)。

圖12 典型節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)應(yīng)力分布Fig.12 Stress distribution of typical node

圖13 典型構(gòu)件達(dá)到極限狀態(tài)的應(yīng)力分布Fig.13 Stress distribution of typical component

4.5 不同服役期年限下典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)極限承載力計(jì)算結(jié)果

海洋平臺(tái)除了外部暴露在海洋環(huán)境中會(huì)發(fā)生材料腐蝕外，部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)尤其是液艙結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)予考慮，鑒于本文所分析的是典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的具體位置，故不考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)部腐蝕影響。本文采用前文所述腐蝕模型，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度的非線性衰減來表示腐蝕的影響，采用弧長控制法計(jì)算橫撐和節(jié)點(diǎn)受腐蝕損傷影響。由于平臺(tái)在斜浪及迎浪狀態(tài)時(shí)時(shí)常處于波峰位于浮體中部或波谷位于浮體中部的情況，從而使平臺(tái)處于中拱或中垂?fàn)顟B(tài)，加之橫撐屬于細(xì)長型構(gòu)件，較之于其他受力模式，彎曲是橫撐的主受力狀態(tài)，故需考察橫撐在不同服役年下的受彎的極限荷載。典型節(jié)點(diǎn)屬于橫撐端部與立柱連接的局部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較強(qiáng)且長度較小，就壓縮、剪切和彎曲三種受力模式相對(duì)而言，剪切為其主受力狀態(tài)，故考察節(jié)點(diǎn)在不同服役年下受剪切的極限荷載。計(jì)算結(jié)果見表 3、表 4及圖 14、圖 15。

表3 不同服役年時(shí)橫撐腐蝕損傷下的極限強(qiáng)度Tab.3 Ultimate strength of typical component with corrosion damage in different years

表4 不同服役年時(shí)典型節(jié)點(diǎn)腐蝕損傷下的極限強(qiáng)度Tab.4 Ultimate strength of typical node with corrosion damage in different years

圖14 橫撐在不同服役年限下的極限強(qiáng)度Fig.14 Ultimate strength of typical component in different years

圖15 典型節(jié)點(diǎn)在不同服役年限下的極限載荷Fig.15 Ultimate strength of typical node in different years

對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，腐蝕損傷對(duì)深海半潛式平臺(tái)的極限承載力具有重要影響，典型構(gòu)件及典型節(jié)點(diǎn)的極限承載力隨著服役年限增加而近似呈線性降低，且前30年極限承載力下降較快，30年后下降速率相對(duì)平緩。對(duì)橫撐而言，前30年中每10年的極限承載力損失約為服役0年時(shí)極限承載力的7%左右，30年以后每10年的極限承載力損失約為服役初期極限承載力的4%左右，且有愈加平緩的趨勢(shì)。典型節(jié)點(diǎn)也具有相同的規(guī)律，前30年每10年其極限承載力損失8.5%，30年后每10年損失約5.1%。分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，是因?yàn)槠脚_(tái)結(jié)構(gòu)外表面暴露于海洋環(huán)境中腐蝕嚴(yán)重，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不直接與海洋環(huán)境接觸，可以忽略其腐蝕損傷。因此，前30年外板對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的極限承載力貢獻(xiàn)較大，外板厚度的損失對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的比重較大，而隨著時(shí)間的推移，外板逐漸變薄，結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)件對(duì)極限承載力的貢獻(xiàn)逐漸加大，外板厚度的損失對(duì)極限承載力的影響所占比重逐漸減小，故而出現(xiàn)30年后極限承載力曲線漸趨變緩的現(xiàn)象。

在不考慮腐蝕保護(hù)的前提下，在平臺(tái)服役50年后，平臺(tái)關(guān)鍵構(gòu)件及典型節(jié)點(diǎn)的極限承載力與服役0年相比下降約30%左右?？梢姼g損傷對(duì)平臺(tái)的關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的極限承載力有著重要影響，這種損傷缺陷可在一定程度上減小構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度或者放大荷載的作用，從而最終影響結(jié)構(gòu)的安全性，因此在深海半潛式平臺(tái)全壽命周期內(nèi)，平臺(tái)的定期維修和腐蝕保護(hù)應(yīng)予以特別關(guān)注。

5 結(jié) 語

通過對(duì)深海半潛式平臺(tái)典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)在腐蝕損傷下極限強(qiáng)度的研究分析，總結(jié)出腐蝕損傷對(duì)平臺(tái)極限承載力的影響及隨時(shí)間的演變規(guī)律，可以得出如下結(jié)論：

（1）海洋平臺(tái)整體強(qiáng)度分析表明，深海半潛式海洋平臺(tái)的橫撐及橫撐與立柱相交的交貫線區(qū)域是平臺(tái)的薄弱部位及應(yīng)力集中區(qū)域，易首先達(dá)到極限載荷，橫撐的主受力模式為彎曲，典型節(jié)點(diǎn)的主受力模式為剪切，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)此類區(qū)域采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）腐蝕損傷對(duì)平臺(tái)的典型構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的極限承載力有重要影響，單純考慮腐蝕損傷的影響，極限承載力隨著服役年限的增加而近似呈線性降低，服役期內(nèi)的前30年下降尤其迅速，這種損傷與疲勞等多種載荷聯(lián)合作用會(huì)降低構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度而放大荷載的作用，從而最終影響結(jié)構(gòu)的安全性，因此平臺(tái)全壽命期內(nèi)，對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行長效防腐、進(jìn)行定期防腐維護(hù)對(duì)于提高海洋平臺(tái)的極限強(qiáng)度至關(guān)重要。

[1]張 帆，楊建民，李潤培.spar平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].中國海洋平臺(tái)，2005，20（2）:6-11.

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Influence research of ultimate strength to deepwater semi-submersible platforms structure under corrosion damage

ZHANG Jian1,2，SHEN Zhong-xiang1，WANG Zi-li1，JI Chun-yan1

(1.School of Navy architecture and Ocean Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang 212003,China;2.China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)

Ultimate strength is an important indicator of the adaptability to changing environment of semi-submersible platforms.As corrosion damage has significant effects on the ultimate strength,the corrosion damage factor should be taken into account in the platforms structural safety evaluation process.Taking 3000m deep sea semi-submersible platforms as research objects,the parameterized model of typical component and node is established taking corrosion thickness as variable used the finite element software.Based on the gradually damage calculation method and finite element analysis method,the load is increased progressively according to proportion increment theory.The ultimate bearing capacity of typical component and node is calculated under the corrosion damage.The ultimate bearing capacity evolution law of typical component and node under various failure modes and various service years is summarized.

semi-submersible platform；corrosion；component； node；ultimate strength

U661.43

A

1007-7294（2012）11-1283-08

2012-06-09

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50609009）；江蘇省船舶先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金資助課題（CJ0806）。

張 健（1977-），男，江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院副教授,博士研究生;

沈中祥（1985-），男，碩士生。