随着社会经济的发展,人们对能源的需求不断扩大,海洋石油资源逐步成为新的能源增长点。因此作为海上石油开采的立足点—海洋采油平台的作用越来越重要。我国已经探明的边际油田储量为13亿吨,无论是对国家、石油开采部门,还是对平台结构设计研究者,开发和建造一种轻型、安全、可靠的海洋平台对开采边际油田是至关重要的。本论文结合实际工程项目,即胜利石油管理局勘察设计研究院设计的CB271单井平台工程,对海洋单立柱平台安全性进行研究,为浅海新型平台设计水平的提高提供参考依据。 首先,运用ANSYS有限元软件,分别建立单立柱平台固定桩、等效桩和弹簧—阻尼桩等三种有限元模型,进行动态特性分析,并与现场实际检测结果相比较,确定弹簧—阻尼桩模型能够比较好的反应工程的实际情况,作为有限元分析的选择模型。 其次,对单立柱平台进行静动力数值分析。静力分析中主要考虑了正常和极端波浪荷载、极端冰荷载等三种环境荷载工况;动力分析采用地震反应谱分析方法,计算了动力工况的荷载组合。并对上述工况分别进行强度、稳定和冲剪校核。计算结果表明单立柱平台在各种静荷载或地震荷载作用下,完全满足强度和稳定要求,具有较大的安全储备。 再次,对单立柱平台进行可靠度分析。以单立柱海洋平台在波浪和冰等环境荷载作用下的响应分析结果为基础,对其进行构件和体系两个层次的可靠度分析。构件可靠度分析采用Monte-Carlo方法,考虑了多元失效模式,建立了四种功能函数,分别得到每个构件失效概率的区间估计。把单立柱平台作为串连系统来考虑,从而求得体系可靠概率的区间估计。并对影响构件可靠性的因素进行了敏感性分析。经过计算得到各构件和整个系统的失效概率均在10^-7量级。通过敏感性分析发现,结构抗力对构件可靠度影响最大。 然后,对单立柱平台进行疲劳和断裂分析。疲劳分析中利用简化了的弹塑性假设和Miner累积疲劳综合准则,进行疲劳计算。结果表明单立柱平台管结点满足疲劳使用年限的要求。单立柱平台的断裂分析中,利用有限元计算得到的受力结果,并根据已有断裂理论研究成果,计算平台结构关键部位的应力强度因子K,根据断裂判据确定平台结构满足断裂强度要求。 最后,根据原型观测和以上数值分析的结果,对单立柱平台的设计进行评价,提出合理化建议。