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隨著海上油氣工業(yè)的開發(fā)和發(fā)展，海洋平臺日益受到世界各海洋石油生產(chǎn)商的關(guān)注。半潛式平臺作為一種重要的移動式平臺，具有移動性能良好，受波浪影響小，工作水深大等特點，從上世紀(jì)70年代以來得到廣泛應(yīng)用。半潛式平臺的主體和浮體一般是由大量加筋板結(jié)構(gòu)組成，這類加筋板構(gòu)件在載荷作用下可能有多種破壞模式，Hughes把加筋板極限破壞模式歸為三種：加強(qiáng)筋翼板失效、帶板壓縮失效及加強(qiáng)筋翼板與帶板同時失效。由于焊接等因素，加筋板往往存在初始撓度和殘余應(yīng)力。在平臺總彎曲作用過程中，一部分加筋板受拉伸作用，另一部分受軸向壓縮作用。在極端情況下，部分受拉的加筋板可能發(fā)生屈服，或者部分受壓的加筋板發(fā)生屈曲，因而導(dǎo)致平臺總體破壞，即平臺結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)。一般，一座平臺結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度可用橫剖面的極限彎矩表示。通過實例計算平臺浮體和整體的極限彎矩，對半潛式平臺的極限強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，同時針對平臺立柱與支撐相交的管節(jié)點容易破壞的特點，運用有限元軟件MSC/MARC對典型的管節(jié)點進(jìn)行極限分析，得出相關(guān)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，為下一步平臺結(jié)構(gòu)的安全性評價提供可靠依據(jù)。
結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)是一個十分復(fù)雜的非線性過程，較準(zhǔn)確的計算應(yīng)該是采用結(jié)構(gòu)非線性方法。介紹了當(dāng)前船舶極限強(qiáng)度較具代表性的計算方法，平臺與船舶在結(jié)構(gòu)上相似，都可看成由大量加筋板組成的箱形結(jié)構(gòu)。因此本文在計算平臺極限強(qiáng)度時引人在船舶領(lǐng)域常用的簡化逐步破壞分析法。該方法是Smiht提出的一種簡化計算方法，適用于分析船體梁受到縱向彎曲后船體剖面的逐步破壞過程。
平斷面假定，即平臺橫截面在曲率改變前后均保持為平面，這樣就可以保證橫截面上的應(yīng)變沿深度方向線性分析；假定平臺橫框架足夠強(qiáng)，在極限狀態(tài)下橫框架能夠保持完好，截面的崩潰發(fā)生于相鄰框架間，即只有橫框架之間的加筋板破壞；平臺整體失穩(wěn)應(yīng)力高于框架間的梁、柱崩潰應(yīng)力；加強(qiáng)筋的側(cè)傾應(yīng)力也高于框架間的崩潰應(yīng)力。
劃分單元：將平臺中剖面離散成一系列加筋板單元和拐角單元(硬角單元)，其中加筋板單元由一根加強(qiáng)筋和帶板組成；初始化平臺整體曲率，認(rèn)為瞬時彈性中和軸即為有效面彈性中和軸，計算當(dāng)前每個單元相應(yīng)的應(yīng)變，建立整體截面的力平衡方程，更新力的差值計算，滿足下式，迭代即完成。將當(dāng)前曲率計算的總體彎矩與前一次的彎矩比較，判斷是否達(dá)到極限彎矩值；如果彎矩一曲率關(guān)系曲線的斜率為零或為負(fù)值，則結(jié)束計算，得到極限彎矩M；否則，返回，按初始曲率的10寫逐次增加，重新計算。
本文采用簡化方法計算得到加筋板單元的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。對受拉加筋板，假定材料符合理想彈一塑性，平均應(yīng)力一應(yīng)變曲線分為穩(wěn)定區(qū)和承載不變區(qū)兩個區(qū)域。穩(wěn)定區(qū)屬彈性階段，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律；承載不變區(qū)屬達(dá)到塑性階段，加筋板的強(qiáng)度值保持為屈服應(yīng)力。對于受壓加筋板，平均應(yīng)力一應(yīng)變曲線分為三個區(qū)域：穩(wěn)定區(qū)，承載不變區(qū)和卸載區(qū)。穩(wěn)定區(qū)表示載達(dá)到極限強(qiáng)度前，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律；承載不變區(qū)表示達(dá)到極限強(qiáng)度時，加筋板開始形成塑性鉸，在塑性鉸形成過程中壓縮應(yīng)變增加而加筋板承載力不變；卸載區(qū)表示完全形成塑性鉸后，加筋板承載力隨壓縮應(yīng)變增加而下降。
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