局部系泊失效下半潜式平台韧性定量评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于局部系泊失效下的半潜式平台韧性定量评估方法，包括：基于半潜式平台吸收破坏、适应破坏及在破坏后恢复三个阶段的响应过程，构建半潜式平台局部系泊失效前后至恢复全过程的性能水平曲线，将半潜式平台韧性量化为吸收韧性、适应韧性、恢复韧性三部分；统计半潜式平台局部系泊失效前后结构响应数据及恢复操作所需数据，并对初始数据进行处理，得到计算数据值；对半潜式平台进行安全检验；以半潜式平台韧性为总指标，吸收韧性、适应韧性和恢复韧性为一级指标，在三种韧性下分别进行二级韧性指标构建，得到半潜式平台韧性评估三层指标体系；得到三种韧性权重值及半潜式平台韧性值。平台韧性值。平台韧性值。

【技术实现步骤摘要】
局部系泊失效下半潜式平台韧性定量评估方法


[0001]本申请涉及海洋工程结构物韧性评估
，尤其涉及一种基于局部系泊失效下的半潜式平台韧性定量评估方法。

技术介绍

[0002]近年来，防灾减灾在国家重大工程中受到高度重视，工程系统与结构的安全评估也愈发重要。韧性指结构在遭受外部侵扰时维持、恢复和优化系统安全状态的能力。相比传统防灾减灾，韧性更加关注系统抵抗、吸收、适应自然灾害等破坏性事件并在遭受破坏后快速恢复的能力，因此对海洋工程结构物进行韧性评估具有重大意义。
[0003]半潜式平台作为开发海洋重要装备之一，其长期作业时系泊系统可能会遭受外部极端灾害或腐蚀疲劳老化等导致系泊缆断裂，从而可能对平台结构系统产生破坏，且可能威胁到人员生命安全和设备财产安全
[0004]现阶段国内外学者在工程结构领域的韧性评估研究较多，主要集中在地震、城乡社区、医疗和电力系统等基础设施以及互相关联的系统网络结构等方面，而在海洋工程领域对海工结构物的安全评估几乎尚未涉及韧性的有关研究，且现有韧性体系与指标不适用于海上平台的韧性评估。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种基于局部系泊失效下的半潜式平台韧性定量评估方法，有利于进一步优化大型海洋结构系统的设计和安全运行。技术方案如下：
[0006]一种基于局部系泊失效下的半潜式平台韧性定量评估方法，包括：
[0007](1)基于半潜式平台吸收破坏、适应破坏及在破坏后恢复三个阶段的响应过程，构建半潜式平台局部系泊失效前后至恢复全过程的性能水平曲线，将半潜式平台韧性量化为吸收韧性、适应韧性、恢复韧性三部分；
[0008]其中，吸收韧性指半潜式平台吸收破坏并降低对自身影响的能力，以半潜式平台运动的瞬态响应来衡量；适应韧性指半潜式平台遭受破坏后适应破坏及其影响以使破坏后的稳态靠近原始稳态的能力，以半潜式平台运动的稳态响应来衡量；恢复韧性指半潜式平台从破坏中快速恢复并保持正常作业的能力，以半潜式平台恢复至正常的恢复时间及成本来衡量；
[0009](2)统计半潜式平台局部系泊失效前后结构响应数据及恢复操作所需数据，并对初始数据进行处理，得到计算数据值；
[0010]其中，所需数据包括不同工况下半潜式平台局部系泊失效前后的水平位移、角位移、系泊缆张力大小、恢复时间和恢复成本；
[0011]获取各类数据的计算数据值的方法为：选定各个不同工况最危险状态即：对所选定工况下的所有初始数据取响应最大值，且取绝对值；
[0012](3)对半潜式平台进行安全检验，方法为：统计各局部系泊失效工况下剩余系泊缆
的张力值并计算安全系数，设定安全系数阈值，若安全系数大于所设定的安全系数阈值，则认为半潜式平台处于安全状态；否则会引起连续失效，此时判定半潜式平台处于失效状态，其中，所述安全系数为系缆断裂强度与所受最大张力之比；
[0013](4)以半潜式平台韧性为总指标，吸收韧性、适应韧性和恢复韧性为一级指标，在三种韧性下分别进行二级韧性指标构建，得到半潜式平台韧性评估三层指标体系，方法如下：
[0014]1)吸收韧性下的二级指标为半潜式平台的瞬态角位移R
θ,TS
，所述的瞬态角位移R
θ,TS
包括瞬态横摇、纵摇和艏摇角位移三种数据；瞬态角位移R
θ,TS
定义为半潜式平台原始稳态摇动角度最大值与局部系泊失效后瞬态摇动角度最大值的比值：
[0015][0016]其中，θ
OS
为原始稳态摇动角度最大值；θ
TS
为半潜式平台局部系泊失效后瞬态摇动角度最大值；
[0017]2)适应韧性下的二级指标为半潜式平台的稳态水平位移、稳态角位移和稳态张力响应三类指标，所述的稳态水平位移包括横荡和纵荡两种数据，所述的稳态角位移包括横摇、纵摇和艏摇三种数据；对于稳态水平位移韧性测度指标和稳态角位移韧性测度指标R
θ,SS
，定义为原始稳态响应值与新的稳态响应值相比原始稳态响应值的增量的比值：
[0018][0019]其中，和θ
OS
分别为原始稳定状态水平位移和角位移的响应最大值；和θ
DS
分别为局部系泊失效后新的稳态下水平位移和角位移的响应最大值；
[0020]对于稳态张力韧性测度指标，用平均变化量表示，定义为新的稳态下系泊缆张力相比原始稳态下系泊缆张力的增量与原始稳态张力的比值的均值：
[0021][0022]其中，T
k,DS
为新的稳态下关注的第k组系泊缆张力的最大值；T
k,OS
为原始稳态下关注的第k组系泊缆张力的最大值；N为系泊缆的组数；
[0023]3)恢复韧性中的恢复操作为更换系泊缆，即恢复韧性以恢复时间与恢复成本来衡量；
[0024]恢复韧性下的二级指标选取为半潜式平台的相对换缆时间R
t
与相对换缆成本R
c
；对于相对换缆时间R
t
，定义为半潜式平台遭受破坏时刻到恢复过程开始时刻的时长与半潜式平台恢复阶段的时长之比：
[0025][0026]其中，t0为半潜式平台遭受破坏时刻；t2为恢复开始时刻；t3为恢复完成时刻；t
r
＝t3‑
t2，为恢复阶段所用时长；
[0027]对于相对换缆成本R
c
，定义为恢复阶段成本的1/4次方和失效系泊缆数量之差与
其自身之比：
[0028][0029]其中，c
r
指恢复阶段成本也即更换系泊缆的成本；n
f
指失效系泊缆的数量；
[0030]定义半潜式平台损伤系数，用以估计不同失效工况下半潜式平台偏离正常作业状态的程度；根据工程经验确定理想情况下单根缆断裂时的基准恢复时间t及基准恢复成本c，也即理想情况下的最快换缆时间及所需最小成本，则实际单根缆断裂时的恢复时间与恢复成本即：
[0031]t
r
＝(1+μ
i
)t，c
r
＝(1+μ
i
)c
[0032]其中，μ
i
为失效工况i下的半潜式平台损伤系数，表示新的稳态与原始稳态的偏差程度，定义为1减去两种稳态下计算数据值比值的均值；
[0033](5)采用CRITIC法对指标进行赋权，将各指标值及其所占权重进行加权计算，得到三种韧性权重值及半潜式平台韧性值。
[0034]本专利技术至少具有如下有益效果：
[0035]1)构建了平台局部系泊失效前后至恢复全过程的性能水平曲线，将平台韧性量化为吸收韧性、适应韧性、恢复韧性三部分；
[0036]2)提出了适用于海上浮式平台的韧性评估方法，通过构建半潜式平台韧性评估三层指标体系，可为其他海洋工程结构物韧性评估提供参考；
[0037]3)从结构整体角度对半潜式平台进行韧性评估，针对韧性较小工况可以提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于局部系泊失效下的半潜式平台韧性定量评估方法，包括：(1)基于半潜式平台吸收破坏、适应破坏及在破坏后恢复三个阶段的响应过程，构建半潜式平台局部系泊失效前后至恢复全过程的性能水平曲线，将半潜式平台韧性量化为吸收韧性、适应韧性、恢复韧性三部分；其中，吸收韧性指半潜式平台吸收破坏并降低对自身影响的能力，以半潜式平台运动的瞬态响应来衡量；适应韧性指半潜式平台遭受破坏后适应破坏及其影响以使破坏后的稳态靠近原始稳态的能力，以半潜式平台运动的稳态响应来衡量；恢复韧性指半潜式平台从破坏中快速恢复并保持正常作业的能力，以半潜式平台恢复至正常的恢复时间及成本来衡量；(2)统计半潜式平台局部系泊失效前后结构响应数据及恢复操作所需数据，并对初始数据进行处理，得到计算数据值；其中，所需数据包括不同工况下半潜式平台局部系泊失效前后的水平位移、角位移、系泊缆张力大小、恢复时间和恢复成本；获取各类数据的计算数据值的方法为：选定各个不同工况最危险状态即：对所选定工况下的所有初始数据取响应最大值，且取绝对值；(3)对半潜式平台进行安全检验，方法为：统计各局部系泊失效工况下剩余系泊缆的张力值并计算安全系数，设定安全系数阈值，若安全系数大于所设定的安全系数阈值，则认为半潜式平台处于安全状态；否则会引起连续失效，此时判定半潜式平台处于失效状态，其中，所述安全系数为系缆断裂强度与所受最大张力之比；(4)以半潜式平台韧性为总指标，吸收韧性、适应韧性和恢复韧性为一级指标，在三种韧性下分别进行二级韧性指标构建，得到半潜式平台韧性评估三层指标体系，方法如下：1)吸收韧性下的二级指标为半潜式平台的瞬态角位移R
θ,TS
，所述的瞬态角位移R
θ,TS
包括瞬态横摇、纵摇和艏摇角位移三种数据；瞬态角位移R
θ,TS
定义为半潜式平台原始稳态摇动角度最大值与局部系泊失效后瞬态摇动角度最大值的比值：其中，θ
OS
为原始稳态摇动角度最大值；θ
TS
为半潜式平台局部系泊失效后瞬态摇动角度最大值；2)适应韧性下的二级指标为半潜式平台的稳态水平位移、稳态角位移和稳态张力响应三类指标，所述的稳态水平位移包括横荡和纵荡两种数据，所述的稳态角位移包括横摇、纵摇和艏摇三种数据；对于稳态水平位移韧性测度指标和稳态角位移韧性测度指标R
θ,SS
，定义为原始...

【专利技术属性】
技术研发人员：余杨，张文豪，吴静怡，余建星，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：