（船舶与海洋工程专业论文）基于可靠度理论的海洋平台结构设计研究.pdf

中文摘要 海洋石油平台作为实现海上能源丌发的最有效工具之一，寻求其结 构的安全适用性和最佳经济效益，一直是设计、使用、检测和维护中 特别关注的问题。目前的研究表明，传统的安全系数设计法已不适用， 结构可靠度就是解决这一问题的有效方法。因此，开展海洋平台结构 的可靠度设计研究已经成为国内外海洋工程界最为活跃的研究领域之 一。本文结合我国海洋平台结构设计的具体情况，进行了可靠度设计 基础研究。 首先，在概括目的可靠度基本理论的基础上，建立了词以准确计 算出可靠度指标的方法和敏度分析方法。 其次，分析确定了海洋平台可靠度设计中所需的设计参数，并给 出了这些参数的统计分析特征。 同时，以我国s z 3 6 1 平台结构为例，分别采用a p ir p 2 a w s d 设计法和a p ir p 2 a l r f d 设计法嬲它的呵靠指标进行了计算，并详 细分析了a p ir p 2 a l r f d 设训法，“i 各分项系数的重要性。 盛后，以我酬s z 3 6 1 平台结构为例，进行了构件和管节点的荷载 分项系数与叮靠度指标以及抗力分项系数j 可靠度指标的敏度计辩， 得到了。媸重要结果对今后改进海洋平台的设计有重要意义。 关键词：海汁 i 台盯靠度结构波汁敏度 a b s t r a c t o f f s h o r ep e t r o l e u mp l a t f o r m a so n eo ft h em o s te f f i c i e n tt o o li n d e p l o r i n gm a r i n ee n e r g y ，i ss p e c i a l l yn o t i c e di n i t sd e s i g n ，u s a g ea n d m a i n t e n a n c ef o rs e e k i n gi t ss t r u c t u r er e l i a b i l i t ya n dm a x i m u me c o n o m i c a l b e n e f i t b u ta c c o r d i n gt oc u r r e n tr e s e a r c h ，t r a d i t i o n a ls a f e t yc o e f f i c i e n t m e t h o di sn o tv a l i da n yl o n g e r s t r u c t u r er e l i a b i l i t yt h e o r yi sa v a i l a b l e ， s o d e s i g nr e s e a r c hb a s e dr e l i a b i l i t yt h e o r yb e c o m e sm o r ea n dm o r e a c t i v e i n c o r p o r a t i n go urs t r u c t u r a ld e s i g nd e t a i l s ，b a s i cd e s i g nr e s e a r c h b a s e dr e l i a b i l i t yi sd o n ei nt h i sp a p e r f i r s to fa 1 1 a c c u r a t ec o m p u t a t i o no fr e l i a b i l i t yi n d e xa n ds e n s i t i v i t y i se s t a b l i s h e do nb a s i so fr e s e a r c ho fr e l i a b i l i t yt h e o r y s e c o n d l y ，d e s i g np a r a m e t e r sb a s e dr e l i a b i l i t yi nm a r i t i ep l a t f o r ma r e a s c e r t a i n e d a n dt h e i rs t a t i s t i cc h a r a c t e r sa r es e tu p t h i r d l y ，t a k i n gs a m p l eo fs z 3 6 1p l a t f o r m ，i t sr e l i a b i l i t yi n d e xi s c a l c u l a t e d u s i n g a p ir p 一2 a w s dm e t h o da n da p ir p 2 a l r f d r e s p e c t i v e l y i m p o r t a n c e o fr e s i s t a n c ee f f e c t c o e f f i c i e n t si na p i r p 2 a l r f di sa n a l y z e d f i n a l l y t a k i n gs a m p l e o fs z 3 6 1p l a t f o r m s e n s i t i v i t i e so f1 0 a d e f f e c tc o e f f i e i e n t r e s i s t a n c ee f f e c tc o e f f i c i e n ta n dr e l i a b i l i t yo fb r a c e s a n dp i p ej o i n t sa r ec a l c u l a t e d a1 0 to fi m p o r t a n tr e s u l t sa r eo b t a j n e d t h e s er e s u l t sa r es i g n if i c a n tt ot h ed a s i g no fm a r i n ep l a t f o r m k e yw o r d s ：m a l + i n ep l a t f o r m r e l i a b i l i t y s t r u c t u r a ld e s i g n s e n s i t i v i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得：叁壅盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：矛缸 签字同期：二鹏年肛月i d 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解：墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨生盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和潜阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 导师签名：粝搬 签字日期：洲年眨月i 口同 签字日期忉古年，j 月，d 同 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 随着世界能源需求的快速增加，海洋石油勘探开发成为集资金、技术和 风险为一体的新兴产业，海洋石油平台又是实现海上能源开发的最有效工具 之一。寻求海洋平台结构的安全适用性和最佳经济效益，一直是设计、使用、 检测和维护中特别关注的问题。结构可靠度就是解决这一问题的有效方法， 因此，开展海洋平台结构的可靠度研究已经成为国内外海洋工程界最为活跃 的研究领域之一。 结构设计的目的是保证所设计的结构在规定的时间和规定的条件下能够 完成设计预定的各种功能，同时还应尽量降低结构的建造、使用和维修费用， 达到安全可靠、酬久适用、经济合理、保证质量、技术先进的要求川。但是， 长期的实践及理论分析证实，结构设计中所涉及的参数，例如荷载和材料的 强度，都具有随机性，而不是确定的常量。所以，以前长期采用的以确定量 为基础的安全系数设计法就不再适用了，需要用可靠度设计方法代替。 结构可靠性理论自上世纪四十年代木丌始研究以来，到七十年代已取得 了丰硕的成果。目酊已形成的结构可靠度计算分析方法概括起来有四科t ： 第一水准法 这种方法是把一系列局部安全因子j 事先定义f 1 01 ：要结构变量及荷载变 澄的特征值相联系，从m 对结构提供适当的可靠度的没汁方法。由于在设计 时婴考虑一系列独立的极限状态，又称为极限状态设汁。这种方法不能真接 对结构的可靠度进行定量估算，但它存表达形式h - j 传统的安全系数设计法 m 常相似，易于被接受。 第二水准法 这种方法般要求对失效域进行处理，并对没训变鞋的联合概率密度作 简化表达，进而刚某种近似迭代方法计薪+ 结构的近似1 ：足效概率。它的优点存 r 需要的与基本变量存天的信息少，应用简便。 第三水准法 这种力法要求对二j | jo bo 绌申勾r 娟链度有关的切j ，l - 小变碱建立联合概二钲密 f 芝函数，m 失效域阳l 逊 _ _ f = 多霞移! 分运算，以求社蚓i 向系统f r , j i , j 靠度。i l f j ：铁得变毓的统计特“| 分i 嗣州i 汁算嗣：义太夫，i l l ：这种方+ 法目0 n 印爻践 t i 一 k 地_ j 。 粥| j l | 水准法 第章绪论 这是一种可靠度的特殊分析方法，出m a d s e n 提出。主要特点是在结构 可靠度的评估中考虑了经济因素。 目前许多国家都在致力于以可靠性理论为基础，建立结构设计的规范新 体系。国际标准化组织( i s o ) n 于1 9 7 3 年提出结构安全性验证的总原则 ( i s 0 2 3 9 4 ) ，1 9 8 6 年又公布了修订版，易名为结构可靠性总原则，以促进 工程结构可靠性设计方法的推广。为适应我国开发海洋石油气资源的需要， 中华人民共和国能源部于1 9 9 2 年5 月4r 等同采用美国石油学会( a p i ) 的海 上固定平台规划、设计和建造的推荐作法f r p 2 a ) 发稚了中华人民共和国 石油天然气行业标准s y t4 8 0 2 9 2 。而在此推荐作法的说明中就明确指出， 原标准中关于风、浪、流、冰、温度、地震等环境条件数据或定量计算方法， 儿是切合我国实际的均可参照使用，否则，应使用符合我国环境条件实际的 数据和定量计算方法。而这些环境条件实际的数据对荷载和抗力的分项系数 有着巨大的影响。此后，中国海洋石油总公司于1 9 9 6 年8 月1 2 同等同采用美 国石油学会的海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法一荷载和抗力系 数设计法发布的中华人民共和国石油天然气行业标准s y t 1 0 0 9 1 9 9 6 i d ta p ir p2 a l r f d ：1 9 9 3 。而目前的设汁方法仍采用工作强度设计法( w s d 法1 ，这是由于所推荐的作法一荷载和抗力系数设计法( l r f d 法) 中的荷载和抗 力的分项系数是根掘美国的海洋环境条件数据及其海j 二固定平台设计实践所 确定的，由于我吲所建海上固定平台所处海域的海洋环境条件数据与荚酬的 不同这样将这些荷载和i 抗力的分项系数应用到我图海，l 吲定平台设r f 就 不。定滞；确，脚此一m 常有必要结合我因环境条件：实际的数拊对美困l i 汕学会 的海i ：固定甲台规划、设汁和建造的推荐作法一荷载和抗力系数设计法 中所采用的荷载和抗力的分硕系数进行校核，并确定其目标可靠指标是否满 足我国所规定的e j 标可靠指标。 可以说，可靠度理论的应用为海洋平台的合理殴计和i 眦险评竹提供了有 力保障。 1 2 目前的研究情况 结构的可靠度是指柱胤定的时t 5 1 内和枷定的条什| 、，结构完成胤定功能呐 能力。结构l ，j 张度i i 1 沦的r 作实质i ：就是把筒载效j 道so j 结构能_ j r 作为隧 机变量，把火效栅j ! p ，限制在容许值p 。之内f i j 引一砹计1 1 1 ：，l 1 , i j p i = p r 0 ，既结构抗力大于作剧效应，表示结构处r 可靠状态； ( 2 jz 0 ，既结构抗力小于作用效应，表示结构处r 失效状态： ( 3 ) z = 0 ，既结构抗力等于作用效应，表示结构处j i 极限状态； 存极限状态f 结构的功能两数为：z rs0 称为极限：1 走念方程：从 以 的兰种的fr j 能一r | ：得结构安全i 叮靠符种得丛本条什为：z 0 ； 2 2 3 结构的可靠概率p ，和失效概率p ， mj ：纳目 无力r 剐们刊效j 逦s 都为l 照机变艟j 听以结构的功能断i 数z 电 第二章可靠度基本理论 是一个随机变量，而且是结构抗力矗和作用效应s 两个随机变量的函数。假 定结构抗力皿和作用效应5 是两个相互独立且服从f 态分布的随机变量，则 结构的功能函数z 也服从正念分布，其三个特征值为： a = 1 r - 。s 吁厅可，睁詈2 筹陋嘲 失效概率竹：结构不能够完成预定功能的概率，即 尸，= p ( z 0 ) = p ( r s ) 揪挤；概率论：p + 只= i 救，尸= 1 一尸， 2 2 4 可靠指标b ( 2 一1 5 ) ( 2 17 ) 采用失效概率一束度砒结构的- 艏萑。眺具有i ”j 确的物理意义，能句多较好的 反映问题f 1 1 3 实质。似魁影响火效概率的闯索较多，i ；| 算失效概：簪p ，。般需 要通过多维税分，数。学i j 比较复杂，洲此0 入州。雅指书fd 代f 火效概率p ，来 ! i 体度砖结构的可靠一盹。 l 瞄霄指标为结构功能雨数zn 。、f 均值，f ：。引e 标玳曩口，之比，即： 第一章可靠度基本理论 根据上述公式我们可以得到可靠指标0 与失效概率r 的关系为： p ? = 中( 一声) = 1 一巾( ) = 一中。( 只) ( 2 - 1 8 ) r 2 1 9 ) ( 2 - 2 0 ) b 值越大，失效概率p ，的值越小；反之，0 值越小，失效概率尸，的值越大 因此，将b 称为可靠指标。 2 2 5 可靠指标b 的计算方法改进的一次二阶矩法 改进的一次二阶矩法是由德国的拉克维茨( r a c k w i t z r ) 和菲斯勒 ( f i e s s l e r ) 提出的方法，它经系统改进后作为结构结构安全联合委员会 ( j c s s ) 的文件( 结构统一标准规范的豳际体系) 附录推荐给土木工程界。这个 方法也被很多国家所采用。a p ir p 2 a l r f d 中爵标可靠指标标定过程中所采 用的也是此方法。其基本计算方法如下： 设结构基本变量x 为正态分布随机变量，相应的功能函数为： 令 将x 空削f i 变换到u 空削，得到 z = g ( x ，x ，x 。) ( 2 2 1 ) u：墨二丝i 仃。w ( 2 - 2 2 ) z = g ( v ，u ! ，u ，)( 2 - 2 3 ) r d 靠指标日存几何尤是u 空川内从原点m ( 既r h 0 点) 到极限状态超f | 1 1 | 儿1 ( z = o ) 的最短跗离。存超曲黼z = of ：，离原j 皇m 最近的点p 。m ? ，“f ：j 驯 为验隳点。 通过验算点p + ( 1 0 “：) 存超自fz = o 0 超切、 j 1 f i f 的方程式为： z 碣，“。+ 喜暑l 州， b ：。) 第二章可靠度基本理论 其中：由于验算点p ( “? ，“；，“：) 为z = g ( “i ，“：) 的一点，因此： 超切平面的方程式为 g ，( “：，摊“：) = 0 ( 2 2 5 ) z = 喜瓤；( u ，- u t ) 、( 2 _ 2 6 ) 从原点m 到该超切平面的距离即为可靠指标b 。 令 口= 目有a ? = 1 ，则 争堕 。 鲁a u ，。， 辱孰，二 铝i a u o j 喜c 翥- 一 = 叩t j 利用公式( 2 2 2 j 将其变换到x 空n ! f j ，得 r ；= 2 + 盯、 ( 2 - 2 7 ) f 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) ( 2 - 3 0 ) 西 ， ”：型! 兰! 2 - 3 1 ) 口，= f 兰一 () 撂塞。吼，! 第二章可靠皮鉴本理论 g ( x ：，x x ：) = 0 ( 2 3 2 ) 根据( 2 3 0 ) 、( 2 - 3 1 ) 、( 2 - 3 2 ) 上述三式，可以确定验算点p ( 工? ，j j ：) 和可靠 指标口； 当结构基本变量x 为非f 态分布随机变量时，设非正念分布随机变量x 服从某分布，有分布函数，( x ) 和概率密度函数f ( x ) 。采用等价难态分布随 机变量的求法。寻找一个随机变量x 。，且为具有均值刖。和标准差秽。的正念分 布，在验算点，( x j ，工z ：) 处满足： f ( x + ) ，f 工+ 一1 中l 彳j f 2 3 3 ) 加卜驯孚) 陋s 。， 其中：中( ) 一标准正态分布函数；声( ) 一标准j t i 态分布概率密度函数： 根据上述两个条件，可以确定随机变量工。的两个基本参数均值“和标准菱 巧1 以如下公式表示， f 2 3 5 1 ( 7 3 6 ) 其中，中“( ) 一标准i i j 态分布函数的反函数 将各非一念分布随机变嚣经过 ：述变换后，就可以按结构基本变量x ：i j1 1 态分钿随机变聚确定验。弹点j p 4 ( x i ，r 。：) 和。l j 靠指标尸。 对j 二对数：态分们，其等价形态分j 的两个蜒率参数均值和标准舞仃 分别为： a r 。1 l n 【t “却 b ，- ”一 ( y 一 驰一 旷 立工 一 端 | 盯 第一章可椎度基本理论 通过以上的分析可以看出，进行等价t f 态分布的变换，以及建立切平面方 程，均需要预先知道验算点p + ( 工? ，x x ：) 的值，而事实上是做不到这一点的。 因此，在计算过程中，应先给出一个初值，可以取为各随机变量的平均值， 再进行迭代，逐步逼近，得出可靠指标口值。计算流程图如下： 第二章可靠度基本理论 图3 - 3 可靠指标声值计算流秽幽 2 3 目标可靠指标计算方法 目标可靠指标，即设计所预期的可靠指标。为了比较结合我国海域的环 境数据明确a p ir p 2 a l r f d 设计法中所规定的目标可靠指标和a p i r p 2 a - w s d 设计法中所内含的目标可靠指标，分别分析了两种设计方法目标 可靠指标的确定方法。 2 3 1a p ir p 2 a w s d 设计法的目标可靠指标计算方法 a p ir p 2 a w s d 设计法的目标可靠指标，理论上应根据各种结构的重要 性、失效后果、破坏性质、经济指标等因素以优化方法分析确定。目前限于 统计资料不够，且考虑到现行设计规范的继承性，因而采用“校准法”来确 定目标可靠指标。所谓“校准法”，就是对a p ir p 2 a w s d 设计法的反演分 析。“校准法”符合事物发展的客观规律，也是其它一些国家选取目标可靠指 标所采用的方法。 结构设计中常遇到恒载与一种可变荷载的简单组合情况。目标可靠指标 主要是根据恒载与种可变荷载的简单组合情况的基础上确定的。 a p ir p 2 a w s d 没汁法的设训表达式可归结为： r k = k ( s g ，+ s 吼) ( 2 3 8 ) 其中， k 规范所取用的安全系数；跄恒载标准值效应；晶 ”j + 变荷载标准值效应： r 。结构抗力标准值。采用概率方法计算时，极 限状态方程为： 尺一s ，一晶= 0( 2 3 9 ) 其中， s ，恒载效心：毋，一r u 变荷载效应；月结构抗力：它们均 为随机变最。 当可变荷载标准值效应与恒载标准值效应之比p = ：三坠变化时，- 叮靠指标 卢也随之变化，然“1p 为某定值时，衙城效膨的绝焉r 值，f ：一i 影响t 腻! 指 标卢。这足冈为“1 倘：载标准值效应增大或减小时，结构抗力标准值也将按棚 | i ：j 比例增大或减小，i i l j 计算所得衙r i j 靠指t j 、恤1 i 变。闪此，分析j - 靠指 抓旧厄颈考虑钏儿体的砹计值，1 j m 需号也j 变甜找标加i 值效应i ，陋裁标 准皿效鹿之比p 作为变化参数，以概括爻际i m 小所趟到的符种受力4 腑况? 第二章可靠度基本础沦 箕计算可靠指标口的方法如下： l 、假定可变荷载标准值效应晶为某一定值，根据可变荷载标准值效应与 恒载标准值效应之比p 得到恒载标准值效应s 。和结构抗力标准值r 。 2 、根据所得到的可变荷载标准值效应岛、恒载标准值效应& 。、结构抗 力标准值胄。及其各自的统计参数，可以确定它们的平均值和标准差。 3 、己知各随机变量的分布函数、平均值和标准差就可以根据一次二阶矩 结构可靠度计算方法求出可靠指标口值。 2 3 2a p r p 2 a l r f d 设计法的目标可靠指标计算方法 a p ir p 2 a l r f d 设计法的设计表达式可归结为： 式中： y r r = 7 c sg 。+ y q s 一恒载分项系数； y a 一可变荷载分项系数； ，。一结构抗力分项系数。 y 。采用概率方法计算时，极限状态方程为 r s ? 一s ：，= 0 ( 2 - 4 0 ) r 2 4 1 1 式| 1 ： s ，恒载效应； s ，一f u 变荷载效应： 月一结构抗力；它们均为随机变i 。 其汁算可靠指柄i 口的力+ 法蜘lf ： j 、假定可变荷载标准值效应晶为某定值，根拂：r t r 变荷载标准位效斑，j 恒载标准值效应之比p 得到恒载标准值效f - is ，和结构抗力标准值r ， 2 、根据所得到的可变荷载标准值效麻，。、恫载标准值效应s 。、结f f ；) 抗 力标准侦r 。及j i 并的统汁参数，町以确定它们的、f j 均值和标准菱。 3 、已矧符随帆变艟的分如函数、r 均恤利杯准，j 就j 以揪抓 次阶 纠f 构，：? j 变i l 钾厅 上求f f l 【叮葡! 拌i 栩i 口值。 第一章可靠度基本理论 2 4 敏度分析理论 2 4 1 分项系数表达式 在对结构进行可靠度设计时，有 y r r = y g g 女+ y 口幺 f 2 4 2 ) 其中，y 。= 当掣1 c ，抗力分项系数；y。=丝裂，恒载分项系#25 i g r+ o 数：v 。= 掣，活载分项系数；融a r , a c , a q 分别为基本变量且， g ，q 的系数；。，娃。，a 口为基本变量r ，g ，q 的敏度系数；k r ，坛k q 分别 为与基本变量r ，g ，o 相对应标准值的分位点系数；o 为与极限状态函数相 对应的可靠指标。 2 4 2 利用优化理论由目标可靠度b 。确立荷载抗力系数 在明确，特定结构要达剑的q 靠腰口t 后，【以对衙载抗力糸数进仃计 算。存f o r mi 电论t h 可靠度指标卢= t l l ：，其中u + 是由下式确定： m i n 旷 鄞”。陋4 ， 这里g ( u ) 是极限状态函数。由优化理沧我们叮以得出： r 删一卢。= 0 _ + 矗b v 胁，班。 陋4 。， 。g k 们：0 1 1 1 此，u r 以震川数缸分析方法进行研究。j i 迭代表逃式为 第二章可靠度基本理论 f 一一屈渊 o + 幽丛畦黪糟捌陋4 s ， 在这里忙镏g 纠为基本变量r ，g ，q 当量标准值，绕为相应的分项系数。 2 4 3 敏度分析 在敏度分析中，采用了如下计算流程( 以构件为例) “4 4 第二章设计基本数据资料分析 第三章设计基本数据资料分析 3 1 基本数据资料的确定 为比较确切地描述海上结构各种常见荷载的统计特征，比较准确的确定 目标可靠指标以及荷载和抗力分项系数、荷载组合系数以及影响荷载和抗力 的各种因素的灵敏度，需要以下数据： 3 1 1 环境资料 1 ) 风 a 、平台所在海域( 场地) 的历年年最大风速记录值( 推算值) 及方向； b 、平台所在海域( 场地) 的历年月最大风速汜录值( 推算值) 及方向； c 、历年风向玫瑰图； d 、与历年最大波高相对应的风速记录值( 推算值) ； e 、年最大风速的概率分布及分布参数： 2 ) 波浪 a 、平台所在海域f 场地) 的历年年最大波高记录值( 推算值) 及方向： b 、平台所在海域( 场地) 的历年月最大波高记录值( 推算值) 及方向： c 、与波高相对应的周期值； d 、与历年最大风速相对应的波高汜泶值f 摊算值) ： e 、年最大波高的概率分粕及分币j 参数： f 、波浪融函数； 3 ) 流 a 、平台所在海域( 场地) 的历年年最火流速u 录值( 推算值) 及方向： b 、a i i 台所在海域( 场地) 的历年j _ = i j 最人流记录值( 推算值) 及方向： c 、j 历年最大波高相对应的流速记录值( 摊霉7 值) ： d 、流速断丽分和矧； e 、年最大流速的概率分佰及分4 j 参数： 4 ) 冰 a 、i 台所r r 辫域( 场地) 的历年年域人冰路址求值( 摊算值) 及方向： b 、i i 台所在海域( 场地1 f 门冰厚1 j j 眵状： c 、冰时x r _ 台结构的小j 程汜录川i 线( 彩条) ： d 、lo 最大冰厚十对应的流速和风速的址求仳； e 、1 j 破_ 、 水j 掣柑1 划心| 0 火i 拍】l f 复ou 4 水”业记封2 值； 第三章设计基本数据资料分析 f 、最大冰厚的概率分布及分布参数； g 、冰的抗压强度的概率分布及分却参数； 5 ) 地震 a 、平台所在海域( 场地) 的设防等级； b 、平台所在海域( 场地) 的岩石及周边的断层状况； c 、地震的地面加速度的概率分布及分布参数； 6 ) 海生物 a 、平台所在海域( 场地) 的历年海生物厚度的最大值记录及推算值； b 、海生物沿高度分布状况及其粗糙度； c 、海生物厚度的概率分布及分布参数； 7 ) 水位 a 、平台所在海域( 场地) 的历年( 月) 最高水位，最低水位和平均水位的记录 值； b 、与最大风速( 或最大波高) 相对应的水位的记录值； 3 1 2 结构与重力荷载 1 ) 结构材料 a 、材料的屈服强度的概率分布及分布参数； b 、材料的极限强度的概率分布及分布参数； 2 ) 结构尺寸 a 、管径与壁厚的概率分m 及分布参数： b 、杆件长度的概率分布及分布参数； c 、结构平整度( 凹陷深度) 的概率分布及分布参数； d 、节点连接f 夹角和间隙) 的概率分布及分布参数； 3 ) 结构自重 a 、各座平台设计结构的自重与实际结构的偏筹值； b 、没计设需自霞，实际设备的偏差值； c 、设备在e f ； 板的分析j 状况； 4 ) 活荷载 a 、甲板的活荷载的概率分布及分布参数； b 、活荷载经常现位嚣及其步砸率； 3 1 3 地质资料 1 ) 土壤性质 a 、均力指标f 书，聚力、摩擦栩) 的统i , i 。缸： b 、j ，的 p ) s s ! t 吁酣, jt ( 4 l 隙比、眶缩系数锋) f | 0 统i i 仙； 第二章设计基本数据资料分析 c 、渤海湾土的性状分布： d 、力学指标的概率分稚及分布参数： 2 ) 土的承载力 a 、土的侧向承载力的计算值与实际值的偏差： b 、土的竖向承载力的计算值与实际值的偏差； c 、土的抗拔力的偏差： 3 ) 土的时变性质 a 、土的固结变化关系； b 、土在振动条件下的力学性质； c 、土在周期荷载和振动荷载作用下的承载力变化； 3 2 荷载数据资料的统计分析 在海上结构物的可靠性分析中存在着诸多因素，而其中荷载的不定性占 有主要的地位。尤其大自然赋予结构的作用，其变异性很大，不能随人的旨 意而得以控制。因此，在解决结构可靠性问题的同时，如何估计各类荷载的 变异性，也是一个相当复杂而且”卜分迫切的实际问题。 为了剥荷载进行观测并得到剥结构可靠性分析有价值的信息，有必要建 立荷载f f j j , - i 算模型。山于荷载现象的复杂性，目前还无法提供充分的荷载信 息，束建立一个完备的荷载模型。冈此，在选择荷载模型时只能尽可能地 掌握住荷载现象中的主要线索，力求在荷载数据收集和计算分析方面不至有 难以克服的剧难，尤其在编制规范 | l j 应尽可能选墩简单的葡载数学模型。 在规范编制过程中，因计尊荷载系数和结构抗力系数的需要，应将影响 荷载和结构抗力的各种因素分别综合为一个基本变量。如果每个随机变量的 概率分佰函数已知，可应用模拟方法( 如m o n t e c a r l o 法) 束确定综合后的随 机变量的统计t 参数及概率分仿函数。 3 2 1 恒载统计参数及概率分布函数的确定 奉文所迹的恒载，是指结构物的自重d 和i h 设备和其他物体的重量施加 】：平台的荷绒d 2 。其中d i 的名义值是撒拓；名义尺寸和密度算的重量，d 2 的辱义幽心是物体的预汁? 3 霞椰现场安装的刚：! 霞量。恒载的概率横型为随 机变戢，j 1 视为勺时酬乘数尤天的、f 稳项随机过程，啦城九- 设计旗准期内 变动次数t 一、任意时丘讳0 找脱的概率p = 1 。阂此，剥卜陋载儿受求分析 雎仟意叫l in 0 慨二簪分加及廷统参数。 舣 i i ：参资制f 1 0 1 ，恤裁f n 均位足幸艾仇j 变异系数匀8 褂到陌载 第二章设计基本数据资料分析 的统计参数为 芷：笠：1 0 d k = o 0 8 f 3 1 1 其中符。称为恒载的均值系数，即均值与名义值之比。恒载服从正态分稚。 3 2 2 活载统计参数及概率分布函数的确定 本文所述的活载可分为持久性活荷载厶和临时性活荷载l ，持久性活荷 载厶包括可消耗的供应品，以及管线和储备中液体的重量。其名义值是由所 考虑的操作形式下以最重材料和最大容量的名义重量计算出来的。临时性活 荷载厶是来自象钻柱提升、吊机吊重、机器运转、船舶系泊和直升飞机降落 等短期作用于结构物上的力。其名义值应为所包含设备的最大额定容量造成 的荷载，并应包括动力和冲击效应。 按平稳二项随机过程，对活荷载统计参数的分析，必须获得持久性活荷 载厶和临时性活荷载三，在设计基准期t 内变更的时段次数，、任意时点荷载 出现的概率p 以及任意时点荷载的概率分布f i ( f ) 。 根据参考资料【1 ，活载的均值是名义值其变异系数为1 4 得到活 载的统计参数为： 持久性活荷载上，在设计基准划2 5 内变更的时段次数r = 1 ，任意1 1 q 点荷载 出现的概率p = 1 。 临时性活荷载l 在没计基准期2 5 内变更的时段次数，= 1 ，任意叫点荷载 出现的概率p = 1 。 活载的统计参数为： 盯：丝：1 0 “ ， 占= 01 4 ( 3 - 2 ) 其中茁，称为洒绒的均值系数，即均值i 钇义值之比。活倚载服从极他j 型分 抽 。 3 2 3 风荷载统计参数及概率分布函数的确定 m 荷载怒海洋j r 台结构的卜要u 变荷城之。，1 1 ：用在海洋、i i 台嵌l ：的 肛l # * 城f 采j l jf 。廿0 公i l 算【： f = ( p ，! ) f “c 。 ( 3 - 3 ) 第三章设计基本数据资料分析 其中，一一风力；y 风速：c 形状系数：爿物体的面积；m 3 ； p 空气的质量密度( 在标准温度和压力下为1 2 2 6 k m 3 ) 。 通过年极值最大风速的记录样本，计算出作用在结构上的风荷载的台力。 其标准值驳相应五十年一遇的最大风速的风荷载。 年最大风荷载每年出现一次，但持续时间很短，粗略取其持续时间为一 年按平稳二项随机过程概型，则年最大风荷载在设计基准期2 5 内变更的时段 次数r = 2 5 ，任意时点荷载出现的概率p = 1 。 风荷载服从极值i 型分布。其统计参数列于表3 一l 3 2 4 波浪力和海流力的统计参数及概率分布的确定 根据m o r i s o n 方程，波浪作用在圆柱物体上的力取决于波长与杆件直 径的比值。当比值较大( 5 ) 时，则杆件不会明显修正入射波浪，那么，单 位长度的波浪力就可按如下公式来计算： ，蝴2 e 考爿u l u i 峨i w p d t f 3 - 4 、 式【 _ t ： f 一垂直作用于构件轴线单位长度上的波浪力 f 。一垂赢作用于构件轴线单位k 度上的阻力 f 难直作用于构件轴线单位长度| ! 二的惯性力 c 。- - 1 1 1 l 力系数 w 一水的重度 2 一曩力加速度 a 一，碓直于圆杆轴线单位长度上的投影面积 v 一恻杆币位长度上的体积 l j 一乖直于构件轴线的水流述度矢量 ul u 的绝对值 c 。一惯性力系数 d u d t 一垂直于构件轴线的水流局部加速度父鞋 通过年极值最大波高及相啦的周期和流速的记录样本，经过炙嘲e d l 公。d 编制的s a c s 程序计t 算 件川红结构【：的波浪力和海流力的俞力。其标 凇他收州应“t 年遇的最人波i ：枷0 波浪力和海流力。 f i - 嫩j 、波浪j 羊| i 海流力蜘卟现 次，似持续时i 叫 犍! ，车嘛墩填持续 | 州乃干拨 j 稳项随和l 过州概疆年最大波浪力和海流力矩i 殳汁始琳 第二章设计基本数据资荆分析 期2 5 内变更的时段次数r = 2 5 ，任意时点荷载出现的概率p = l 。 根据中心极限定理，可以认为：波浪力和海流力服从极值i 型分布。 其统计参数列于表3 2 3 2 5 海流力的统计参数及概率分布的确定 作用在结构物距底高为z 的构件上4 a 位高度受的流体水平拖力为： 厶= 三言q 4 职 ( 3 - 5 ) 其中， u 一一距海底以上z 高度处的海流速度 e 一阻力系数 以一构件迎流的投影面积 r 一流体比重 g 一重力加速度 作用在整个构件e 的流体拖力为： f 。= l 厶出 ( 3 - 6 ) 0 通过年极值流速的记录样本，汁算出 ：i 7j - t j 在结构门海流力的合力。其标准