ضرایب اطمینان مبتنی بر تحلیل قابلیت اعتماد جهت طراحی اعضای لوله‌ای تشکیل دهنده مهاربندهای افقی جکت فراساحلی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی- مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

در این مقاله، قابلیت اعتماد اعضای لوله ­ای تشکیل ­دهنده مهاربندهای افقی یک سازه جکت، در برابر گسیختگی ناشی از اعمال تنش بیش از حد مجاز، ارزیابی می­ شود. به منظور تعریف شرایط گسیختگی، روابطی که توسط ویرایش 21 آئین‌نامه API RP 2A-WSD برای کنترل مقاومت اعضای لوله ­ای تحت ترکیب نیروی محوری فشاری و لنگر خمشی پیشنهاد شده است، ملاک عمل قرار می­ گیرد. در این مطالعه، پارامترهای تأثیرگذار روی مقاومت عضو و همچنین نیروهای داخلی به ‌عنوان متغیرهای تصادفی در نظر گرفته شده و توابع احتمال حاکم بر این نیروها شامل نیروی محوری فشاری و لنگرهای خمشی داخل و خارج صفحه، برای یک سکوی جکتی تیپ در شرایط دریایی خلیج فارس استخراج می­ گردد. برای مدل‌سازی بارهای محیطی از اطلاعات مربوط به وضعیت دریایی منطقه پارس جنوبی استفاده شده و نتایج روش ­های مختلف تحلیل قابلیت اعتماد شامل MVFOSM، HL-RF و MCS مقایسه می­ شوند. در نهایت، بر مبنای نتایج به دست آمده از تحلیل قابلیت اعتماد، روابطی برای تعیین ضرایب اطمینان مناسب در طراحی اعضای لوله ­ای تشکیل­ دهنده مهاربندهای افقی یک سازه جکت، برحسب شاخص قابلیت اعتماد هدف و احتمال گسیختگی هدف پیشنهاد می ­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Reliability Analysis Based Safety Factors for Designing the Tubular Members of Horizontal Braces in Offshore Jacket Structures

نویسندگان [English]

  • Hamid Ahmadi
  • Majid Samiee-Zonoozian
  • Mohammad Ali Lotfollahi-Yaghin
Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In the present paper, the reliability of tubular members used in the horizontal braces of an offshore jacket structure against the failure induced by the presence of stresses higher than the allowable values is evaluated. In order to define the failure criteria, equations proposed by the 21th edition of API RP 2A-WSD (2007) for the design of tubular members under the combined axial pressure and bending are used. In this study, internal forces of the tubular members and the parameters involved in the member strength are considered as random variables and the probability distribution functions governing these forces including the axial compressive force and in-plane and out-of-plane bending moments are derived for a typical jacket-type platform installed in the Persian Gulf. For the modeling of environmental loads, information available on the sea states in the South Pars region has been used and the results of three different methods of reliability analysis including MVFOSM, HL-RF, and MCS are compared. Finally, based on the results of reliability analysis, a set of equations are proposed for the determination of suitable safety factors for designing the tubular members in horizontal braces of a jacket structure as a function of target reliability index and target failure probability.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Jacket-type platform
  • Safety Factor
  • Tubular member
  • Horizontal brace
  • reliability analysis
ایزدپرست ا، "طراحی سکوهای شابلونی تحت اثر بارگذاری­ های دریا به روش قابلیت اعتماد و سطوح عملکردی"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، 1384.
سمیعی زنوزیان م، "تعیین ضرایب اطمینان در طراحی اعضای لوله­ ای سکوهای شابلونی برمبنای تحلیل قابلیت اعتماد"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، 1395.
Ahmadi H, Lotfollahi-Yaghin MA, “A probability distribution model for stress concentration factors in multi-planar tubular DKT-joints of steel offshore structures”, Applied Ocean Research, 2012, 34, 21-32.
Ahmadi H, Lotfollahi-Yaghin MA, “Effect of SCFs on S–N based fatigue reliability of multi-planar tubular DKT-joints of offshore jacket-type structures”, Ships and Offshore Structures, 2013, 8 (1), 55-72.
American Petroleum Institute (API), “Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-load and resistance factor design: RP2A-LRFD”, 1st Edition, Supplement 1, Washington DC, US, 1997.
American Petroleum Institute (API), “Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms − working stress design: RP2A-WSD”, 21st Edition, Errata and Supplement 3, Washington DC, US, 2007.
Bai Y, Yan HB, Cao Y, Kim Y, Yang YY, Jiang H, “Time-dependent reliability assessment of offshore jacket platforms”, Ships and Offshore Structures, 2016, 11 (6), 591-602.
Bai Y, “Marine structural design”, Elsevier, 2003.
Choi SK, Grandhi RV, Canfield RA, “Reliability-based structural design”, Springer-Verlag, UK, 2007.
Birkinshaw M, Smith D, “The setting of target safety levels for the assessment of offshore structures”, The 6th International Offshore and Polar Engineering Conference, LA, California, US, 26-31 May, 1996.
Frieze P, “Some implications for offshore design code development of loading strength and reliability modeling”, International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 1989.
Halil K, Vrouwenvelder T, “Reliability-based optimisation of offshore jacket-type structures with an integrated-algorithms system”, Ships and Offshore Structures, 2010, 5, 67-74.
Hezarjaribi M, Bahaari MR, Bagheri V, Ebrahimian H, “Sensitivity analysis of jacket-type offshore platforms under extreme waves”, Journal of Constructional Steel Research, 2013, 83, 147-155.
Karimi HR, Karamzadeh NS, Golami EODR, “Effect of elevational and member damage on jacket strength: sensitivity and reliability review of South Pars Phase-20 jacket using push-over analysis”, Ocean Engineering, 2017, 143, 209-216.
Kiureghian AD, Ke J, “The stochastic finite element method in structural reliability”, Structural Safety, 1998, 12, 417-426.
Pillai T, Parasad A, “Fatigue reliability analysis in time domain for inspection strategy of fixed offshore structures”, Ocean Engineering, 2000, 27, 167-186.
Lemaire M, “Structural reliability”, John Wiley & Sons Inc., US, 2009.
Mahsuli M, Haukaas T, “Computer program for multimodel reliability and optimization analysis”, Journal of Computing in Civil Engineering, 2013, 27, 87-98.
Manuel L, Schmucker DG, Cornell CA,  “A reliability-based design format for jacket platforms under wave loads”, Marine Structures, 1998, 11, 413-428.
Nizamani Z, “Environmental load factors and system strength evaluation of offshore jacket
platforms”, Springer, 2015.
Nordal H, “Application of ultimate strength analysis in design of offshore structures system”, Proceedings of the Conference on Integrity of Offshore structures, Glasgow, 1991.
Nowak AS, Collins KR, “Reliability of structures”, McGraw-Hill Inc., US, 2000.
Sørensen JD, Engelund S, “Stochastic finite elements in reliability-based structural optimization”, The 1st World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, Germany, 1995.
Waarts P, Vrouwenvelder T, “Structural reliability using the finite element method”, Asranet Conference, 2002.