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原文传递火灾和爆炸作用下海洋平台的力学性能预测模型和评估方法研究

论文题名：	火灾和爆炸作用下海洋平台的力学性能预测模型和评估方法研究
关键词：	导管架海洋平台;火灾环境;爆炸作用;力学性能预测;BP神经网络;构件评估
摘要：	海洋平台是海洋石油和天然气勘查和开发的基础设施，承载着我国充分利用海洋能源的梦想。因此，准确预测它们在人为和自然灾害环境中的行为，提高它们抵抗人为和环境灾害的能力，保障它们在人为和自然灾害环境中的可靠性，对我国的海洋能源战略，具有十分重要的意义。　　历史事故表明，火灾和爆炸是海洋平台最常遭遇的人为和自然灾害，而导管架海洋平台是目前最常用的固定式海洋平台类型。鉴于此，本文进行了火灾和爆炸作用下导管架海洋平台的力学性能预测模型和评估方法研究。　　首先，本文利用来自有限元分析的反应样本和改进的BP算法建立了火灾和爆炸作用下支管受压和受拉 T型相贯节点极限承载力、临界温度和动力响应，平面钢管桁架极限承载力、耐火极限温度、温度位移响应和动力响应，以及海洋平台整体结构中重要节点温度位移响应和动力响应的BP神经网络预测模型。这些预测模型简单方便，相关性分析也表明，在考虑的参数变化范围内，它们具有较高的预测精度。采用建立的预测模型，本文分析了火灾和爆炸作用下导管架海洋平台关键构件和结构的主要非线性力学性能。这些预测模型和有限元法相比，能够快速有效的对火灾和爆炸作用下 T型相贯节点、平面钢管桁架和海洋平台结构力学性能进行预测和计算，不仅提高了计算效率，而且节约了计算成本和时间。　　其次，在考虑构件状态变量完全相关的条件下，本文改进了复杂结构体系的实用可靠性评估方法。该方法将传统结构可靠度分析中的串并联系统失效概率计算，简化为等效结构体系的失效概率计算，因而极大地降低了结构可靠度分析的复杂性。算例分析表明，改进的复杂结构体系的可靠度评估方法是有效和准确的，该方法的计算结果在常用的可靠度窄界限内，满足工程精度要求。改进的方法与荷载增量法、网络搜索法、截止枚举法、β约界法、分支约界法及其他改进算法相比，不需要进行多次变结构（将失效结构的抗力作为外荷载）重分析，也不需要通过判别结构刚度矩阵的行列式∣K∣是否为零来判别结构是否失效，简化了计算过程，又能在大、中型结构可靠度分析中应用。　　最后，为了对火灾和爆炸作用下海洋平台结构中主要构件的重要性进行评估，本文利用危险源识别法对平台结构进行火灾爆炸危险源识别，接着用火灾爆炸指数法对平台设备进行固有危险性分析，根据对危险源识别和火灾爆炸指数法计算结果的研究分析，确定出海洋平台结构最易发生火灾和爆炸的位置，施加火灾和爆炸荷载进行承载能力极限状态分析得到其失效模式，然后在海洋平台整体结构中依次去掉失效模式中的失效构件进行极限承载能力再分析，求出移去失效构件的结构极限承载力与原结构的极限承载力之比，该比值为构件相对重要性系数。根据相对重要性系数得到失效模式中各构件对整体平台结构的相对贡献大小，这些分析结果为海洋平台的设计、维修、加固等提供可靠的理论依据和技术支持，具有重要的工程应用价值和现实意义。　　本文研究的力学性能BP神经网络预测方法和可靠性评估方法，不仅适用于导管架海洋平台，对火灾和爆炸作用下的其它类似的海洋平台结构、节点和子结构的力学性能预测和可靠性评估，也具有较高的适用性和参考价值。　　本文的总体研究思路为：“BP算法改进的理论研究；海洋平台结构的最基本组成元件T型相贯节点的力学性能预测模型研究；海洋平台结构中最常见的子结构平面钢管桁架的力学性能预测模型研究；海洋平台整体结构的力学性能预测模型研究；海洋平台整体结构的可靠性分析”。
作者：	许继祥
专业：	结构工程
导师：	赵金城;何军
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文