近日,我们黄思凝副教授团队在导管架平台抗震性能研究和老化导管架平台的抗震性能研究方面取得新进展,相关研究成果《Experimental and numerical analysis of seismic performance of jacket platforms subjected to onshore and offshore earthquakes》和《Seismic performance of aged jacket platforms subjected to onshore and offshore earthquakes》分别发表在《Engineering Structures》和《Ocean engineering》。《Engineering Structures》是土木工程领域国际顶级期刊(SCI一区top),《Ocean engineering》是海洋工程领域国际顶级期刊(SCI二区top)。论文第一作者为黄思凝老师,太阳集团网址8722为第一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金面上项目:基于全结构全要素的结构地震致灾机理研究和国家重点研发计划项目的资助。
随着对石油和天然气资源需求的迅速增长,各国加快了对海上石油和天然气的开采,并建造了大量的海上平台。在地震作用下,海上石油平台发生坍塌或倾斜损坏的情况可能造成巨大的经济损失和严重的次生灾害,因此有必要评估其在地震作用下的抗震性能。在此基础上,具有高湿度、高盐度,强烈紫外线辐射、海洋微生物和海冰等特征的海洋环境,在平台的使用寿命期间会对海上平台造成严重的海洋腐蚀。这种腐蚀会导致结构老化或已超过设计使用寿命的海上平台结构功能丧失。腐蚀的海上平台的整体抗腐蚀能 力显著下降,在地震情况下可能发生倒塌和倾斜。
(1)对承受陆上和海上地震作用的导管架平台抗震性能的实验与数值分析
位于地震活跃区域的海上平台,在服役期间可能会受到不同的地震影响。通过振动台实验和有限元分析研究了海上平台在不同地震作用下的抗震性能。对比例模型,在近场、远场和离岸地震作用下的动态特性、加速度、位移和应变响应进行了研究,在此基础上增加考虑了土-桩-结构相互作用(SPSI),并使用增量动量分析(IDA)对有限元(FE)模型进行了地震脆弱性分析。将试验结果和有限元分析结果相结合,发现平台在离岸地震下的动态影响明显大于在陆上地震下的影响。因此,基于陆上地震对长周期海上平台的抗震性能评估可能会高估其抗震能力,并对在役平台造成潜在风险。
1/20 比例的导管架平台实验模型
土桩结构模型及土层组成
(2)老化导管架平台在陆上和海上地震作用下的抗震性能研究
老化效应是针对导管导管架平台的地震研究中一个至关重要的因素。本研究考虑了土-桩-结构相互作用(SPSI)因素,对老化状态下导管架平台的抗震性能进行了研究。通过使用1/20比例缩放模型进行振动台实验,该模型包含了使用寿命,分别为0年、20年和30年的导管价平台的腐蚀效应,以比较这些模型和陆上和海上地震激励下的动态特性及结构响应。为了补充实验研究,还开发了三个相应的考虑SPSI影响的有限元模型,以便对老化导管架平台进行详细的抗震脆弱性分析。结果表明,在海上地震作用下,导管架平台的倒塌超越概率显著更高,其响应是陆上地震响应的2-3倍。此外,在20年的使用寿命后,这些平台的倒塌超越概率大幅增加(与使用寿命为0年的导管架平台相比),增加了约20%-40%,主要是由于广泛的腐蚀。通过本研究获得的实验和数值结果为海上导管架平台的风险评估和抗震设计提供了重要的依据。
1/20 比例导管架平台的腐蚀试验模型