导管架式海洋平台在火灾作用下的结构响应分析

摘要

本文以某导管架式海洋平台为研究对象,着重分析在恶劣海况和池火火灾辐射作用下海洋平台的整体结构性能。
　　 归纳海洋平台火灾的成因,与当前流行的建筑火灾模型进行对比。建筑火灾多适用于描述着火过程、着火房间温度和烟气在建筑物内的流动,不能满足海洋平台火灾的研究需要。本文综述了建筑火灾领域中比较流行的半经验模型、场模型等,着重介绍适用于海洋平台特殊生产条件下的池火火灾模型。通过综合分析、比较现有的火灾模拟方法,参考国外成熟的半经验公式,分析了不同模型的适用性,提出适用于海洋平台池火的火灾特性计算方法。
　　 针对由燃料储罐发生泄漏而可能引起的池火火灾进行深入研究。分析池火火灾形成过程和机理,参考大量国外实验室规模和野外大规模池火火灾实验数据,分析了用于描述池火充分形成后的特性参数,总结了适用于海洋平台上大规模池火的半经验模型,给出各项火灾参数及火焰对其外部物体辐射效应的计算方法,并与研究受限空间火灾时比较流行的场模型进行综合比较,阐明半经验火灾模型在解决海洋平台火灾方面问题的优越性。
　　 结合高温下钢材热工性能及力学性能,利用有限单元法,建立海洋平台结构有限元模型,利用单元接触对耦合技术,将受火灾辐射影响部分桩腿由单纯的结构分析单元替换成热一应力耦合分析单元,首先,进行不同风向下火焰面对桩腿的热辐射分析,然后转换成结构分析类型,将温度结果施加到嵌入在平台结构分析模型中的热-应力耦合分析单元求解热应力,同时施加相应海况下的环境荷载,从而可得出海洋平台在火灾辐射荷载作用下的整体结构响应,以排除仅对单个结构构件进行分析时由约束条件的不确定造成的分析误差。
　　 本文考虑钢材在高温下性能的非线性影响,针对海洋平台池火特点提出适用于海洋平台火灾辐射分析的有限元模拟方法,对平台在风、浪、流、火灾热辐射荷载共同作用下的结构响应进行分析,为今后学术研究及海洋平台火灾防范的结构措施等实践工作提供参考。