罕遇地震下导管架平台动力灾变机理与倒塌控制研究

This project aims to the anti-seismic issue of fixed offshore platforms. Systematic investigation on the dynamic collapse analysis method, numerical simulation of the whole dynamic catastrophic process, robustness assessment and control on seismic collapse. The main objectives of the project are to unveil the dynamic catastrophe mechanism of jacket-type platforms under strong earthquake condition, to analysis the transfer and alteration of failure paths in the collapse process, and to discuss the internal force redistribution and collapse modes; to develop highly-efficient numerical simulation method and visualize the whole dynamic desertification process of jacket platforms; to propose new robustness index and study the quantitative robustness analysis methods and to develop control methodologies and techniques for structure collapse failure, and then optimize the platform structure design and increase predictability and controllability on the platform collapse failure, eventually reduce platform collapse failure probability and consequence. This project will significantly promote the development of anti-collapse design theories for large offshore structures, provide both theoretical and technological support for the anti-seismic design and safe service of offshore platforms, and the offshore oil and gas exploration and production risk under strong ground motions will be reduced. The project is expected to benefit both academic research and engineering application.

本课题面向固定式海洋石油平台的抗震工程，系统开展强震作用下导管架平台结构的动力倒塌分析方法、平台动力灾变过程模拟技术以及结构抗震鲁棒性评价与损伤控制方法的研究。试图揭示罕遇地震下海洋导管架平台结构的动力灾变机理，明确倒塌过程中平台失效路径传递与变化规律，探讨结构内力重分布机制及平台倒塌模式；致力于发展地震载荷下导管架平台灾变全过程的高效数值模拟技术，实现平台倒塌全过程的可视化；研究海洋平台结构鲁棒性的定量评价方法以及平台倒塌破坏模式的控制技术，对平台结构进行性能优化，使其整体倒塌失效模式具有可预见性与可控性，降低其倒塌失效的概率与失效后果。本课题研究将推动海洋工程结构地震环境下抗倒塌设计理论与方法的发展，为我国海洋平台结构的抗震设计与安全运行提供理论与技术支持，降低震区海域海洋油气开采的风险性，具有良好的学术价值与工程应用前景。

地震是一种突发性自然灾害，具有极大的危害性和不可预测性，对海洋结构物构成极大的威胁。本课题面向固定式海洋石油平台的抗震工程，系统研究了强震作用下导管架平台结构的动力倒塌分析方法、平台动力灾变过程模拟技术以及结构抗震鲁棒性评价与损伤控制方法。首先通过能力谱法、MPA方法以及，IDA方法分析了平台的非线性力学行为及抗震性能，探讨了其内力重分布机制及倒塌模式，有效揭示罕遇地震下海洋导管架平台结构的动力灾变机理；基于LS/DYNA显示动力分析，综合考虑接触、碰撞和断裂失效等因素，发展了地震载荷下导管架平台灾变全过程的高效数值模拟技术，实现平台倒塌全过程的可视化，再现平台从杆件屈曲断裂、至局部结构失稳、最终至整体倒塌的动态灾变全过程，为平台抗震性能分析与设计提供了有效工具；从确定性角度和概率角度，建立了导管架平台结构鲁棒性的定量评价方法，明确了海洋倒塌过程中失效路径传递与变化规律，有效确定平台关键构件及主要失效路径，为平台倒塌破坏模式的合理设防和控制技术提供依据；基于BRB，对平台结构抗震性能分析，有效实现对平台在罕遇地震作用下的振动控制，使得平台整体倒塌失效模式具有可预见性与可控性，从而降低平台在强震作用下的倒塌失效概率与失效后果。本课题研究将推动海洋工程结构地震环境下抗倒塌设计理论与方法的发展，为我国海洋平台结构的抗震设计与安全运行提供理论与技术支持，降低震区海域海洋油气开采的风险性，具有良好的学术价值与工程应用前景。