腐蚀、裂纹损伤下海洋平台结构体系动态可靠性评估方法研究

海洋平台结构在服役过程中不断受到侵蚀和破坏，导致平台结构整体抗力的衰减，诱发结构体系失效风险显著增加。已有研究表明：役龄30年以上的平台，结构体系失效风险高达25%-45%。腐蚀和裂纹损伤是结构老龄化最重要的影响因素，这些影响因素随着平台服役年限的不同而具有时变性，因此采用动态可靠性的方法对老龄化平台结构的可靠性进行评估具有重要的研究价值。本项目针对固定式平台的老龄化问题，建立结构腐蚀、裂纹损伤下平台结构体系极限承载力的计算方法；同时计及腐蚀、裂纹的时变性和不确定性，基于实验设计法、神经元网络等分析方法，发展一种老龄化平台结构体系时变极限承载力统计特性预报方法；进而考虑极端环境荷载和平台结构整体抗力的时变性质，建立平台结构随服役年限变化的动态可靠性预报方法，为老龄化海洋平台结构体系的安全性评估提供理论模型和参考依据。

本项目以固定式老龄化海洋平台为研究对象，建立腐蚀、裂纹结构损伤下平台结构体系极限承载力的计算模型，同时计及腐蚀、裂纹的时变性和不确定性，发展了一种老龄化平台结构体系时变极限承载力统计特性预报方法，进而考虑极端环境环境荷载和平台结构整体抗力的时变性质，建立一种适用于老龄化平台的动态可靠性评价方法。主要研究内容包括：.（1）腐蚀、裂纹等结构损伤状态下海洋平台结构体系的极限承载力计算方法。该方法能够计算平台结构在不同部位发生腐蚀和平台结构发生多处裂纹损伤下海洋平台结构的极限承载力，并可结合现有有限元软件实现以腐蚀、裂纹、材料特性为随机变量的参数化有限元模型，进行高效计算。.（2）腐蚀、裂纹等结构损伤状态下海洋平台极限承载力计算方法模型试验验证。为了验证所发展方法的有效性，通过典型导管架平台结构的缩比模型的极限强度试验进行验证。.（3）建立海洋平台结构极限承载力与腐蚀、裂纹、材料特性等随机变量之间关系的描述方法。由于腐蚀、裂纹具有时变性和随机性，而结构极限承载力需要用有限元计算方法获得，同时与腐蚀、裂纹、材料特性等随机变量之间具有强非线性的关系，很难以通过一个解析的数学公式的形式获得极限承载力的统计特性。本项目提出了能够描述平台极限承载力与腐蚀、裂纹、材料特性等随机变量之间的复杂关系的方法，从而获得极限承载力的统计特性。.（4）极端海况下极值环境荷载预报。本研究针对极限海况下平台结构体系倒塌破坏的失效模式，将平台能否承受设计寿命期内的极端海况下波浪力、流力、风力等环境荷载为评价平台结构体系安全性指标。考虑到我国老龄化固定式平台主要分布在渤海海域，因此本项目主要对渤海海域的平台设计服役期内的极值海况以及在该海况下的极值随机波浪力、风力、流荷载进行预报。.（5）动态可靠性及某一服役期内可靠性分析方法研究。本项目在获得结构极限承载力数学统计分布特性及极值环境荷载的统计分布特性基础上，进行结构体系的可靠性指标预报，考虑其时变性质，发展了一种老龄化平台结构随服役时间变化的动态可靠性的预报方法，并且给出平台结构在某一服役年限内的区间可靠性指标或失效概率。