固定式钢质导管架平台结构疲劳-腐蚀耦合累积损伤与全寿命安全评定

本课题将结合特殊的海洋环境条件及平台结构全寿命安全的重要性，对腐蚀-疲劳耦合累积损伤的平台结构全寿命安全评定展开深入研究。首先研究平台结构整体失效机理与结构全寿命周期成本-效益优化方法，建立平台结构全寿命整体安全指标；研究平台结构腐蚀-疲劳耦合的全寿命动态S-N曲线模型，研究复杂环境疲劳荷载联合作用下疲劳累积损伤与其演化规律，建立结构整体抗力衰减模型；最后研究荷载和抗力的随机性与结构整体全寿命性能特征，建立平台腐蚀-疲劳耦合累积损伤影响结构整体全寿命安全评定方法；研究结构整体和易损构件局部材料不同疲劳损伤程度对结构全寿命健康行为的影响，建立不同整体抗力影响特征参数对结构全寿命安全的影响规律，为控制结构整体失效提供决策依据。因此，本课题的完成将推动平台结构安全评定理论由静态向全寿命动态、结构构件向结构整体方向发展，使结构的整体失效具有预见性，并为控制结构安全提供决策依据，降低结构失效风险。

我国目前有200余座平台，服役5-10年的占26%，服役10-20年的占29%，20年以上的占17%，大部分平台处于服役的中后期，急需相关安全保障理论与技术保障平台的安全运营，因此平台结构的安全评定理论与方法也是该领域的研究重点和热点。但是目前的安全评定方法与理论基本继承和发展了平台设计的理论和思想，更多注重构件层次的安全评定，同时评定结果也基本是安全与否一刀切的结论，设计目的与评定目的是有区别的，同时实际结构单个构件的破坏并不怎么影响结构整体的性能，因此评定应更注重结构整体的性能。海洋环境恶劣，同时实时受到风、浪、流环境疲劳荷载的作用，腐蚀和疲劳是海洋平台结构特殊重要的损伤要素；同时腐蚀和疲劳一直是长期难以很好解决的科学难题，因此课题采用试验的手段研究其对材料力学性能的影响，以其获得一些基本结论来更好的进行结构的安全评定，使安全评定的结果更加符合实际。因此本课题结合导管架平台结构安全评定技术的实际需求和相关理论发展趋势，对平台结构腐蚀-疲劳耦合累积损伤影响的结构整体全寿命安全评定方法展开了深入研究。首先研究了平台结构整体失效机理和失效模式，确定了合理的平台结构整体安全评估参数，通过标定已有平台的整体安全水平，并结合安全评定的目的，建立了平台结构安全评定标准及相应的安全评定指标，为钢质导管架平台结构整体安全评定提供了可操作的参数；试验研究了腐蚀对材料性能的影响，分析了其影响机理，在此基础上建立了平台结构构件腐蚀-疲劳耦合的全寿命动态S-N曲线模型；试验研究了不同疲劳累积损伤对导管架平台常用钢材材料强度的影响，建立了疲劳损伤指数的强度衰减模型，为建立结构抗力衰减模型提供了基础；在此基础上，建立了平台腐蚀-疲劳耦合累积损伤影响结构整体全寿命安全评定方法与可靠度预测方法。本课题研究成果已编于《海上固定平台振动检测与结构安全评估指南》，是我国具有实际操作意义的指南，而不是文字描述的指导思想。本课题推动了平台结构安全评估从指导思想走向了工程实际，从结构构件层次向结构整体层次发展，使结构的整体失效具有预见性，降低结构失效风险；同时完善和丰富海洋平台结构安全评定理论体系，促进其在工程中的应用。