SPECTRAL DYNAMIC ANALYSIS OF A STATIONARY JACK-UP PLATFORM

The paper refers to the dynamic short-term response analysis of the Baltic steel drilling platform (see Fig.2) in a random sea-state represented by one-dimensional wave spectrum proposed by Striekalov and Massel and it is recommended for the Baltic Sea area. The Baltic drilling platform is a jack-up type platform for the exploration and exploitation of oil under the Baltic Sea. The analysis presented deals with the stationary phase of the platform life when the legs are fixed in the sea bottom. The submerged elements of jack-up platforms are relatively slender, thus a modified Morison equation to assess the in-line wave forces is justified here. The application of frequency transfer functions in offshore vibration systems leads to structural response spectra, whose input is defined by the wave elevation and wind velocity spectra. The analysis can be applied also to support structures for offshore wind turbines.

Stateczność i niezawodność pełnomorskich platform wiertniczych

W pracy przedstawiono wieloletnie doświadczenia Autora w zakresie wybranych aspektów numerycznej analizy pełnomorskich platform wiertniczych, w szczególności stacjonarnych platform stalowych poddanych działaniu fal wiatrowych i wiatru. W opisie zachowania się platform uwzględniono współoddziaływanie trzech ośrodków: materiału konstrukcji, morskich fal wiatrowych i podłoża gruntowego. Przyjęcie do opisu stochastycznych właściwości obciążenia i losowych parametrów podłoża kategoryzuje tak określony problem inżynierski jako problem matematyczny, stochastycznie nieliniowy. W celu rozwiązania problemu zastosowano metody aproksymacyjne, tzn.: metodę stochastycznej linearyzacji, metodę perturbacyjną oraz metodę stochastycznego uśredniania. Wymienione metody pozwoliły na oszacowanie odpowiedzi modelu MES, którego parametry określono na podstawie rzeczywistej konstrukcji Petrobaltic. Część pracy poświecono analizie porównawczej klasycznych rozwiązań platform płaszczowych i tzw. konstrukcji minimalnych, także odnosząc się do zadań sformułowanych w rzeczywistych kategoriach inżynierskich. Ten fragment pracy odnosi się do wybranych wyników badań, w których Autor współuczestniczył w ramach kontraktu w renomowanej brytyjskiej firmie konsultingowej. Kładąc szczególny nacisk na problem modelowania matematycznego stacjonarnych konstrukcji platform pełnomorskich, przedstawiono także numeryczne aspekty uproszczonych modeli analitycznych oraz MES, adresowanych do platform masywnych, z parametrami geometrycznymi i materiałowymi, opisującymi rzeczywistą platformę Condeep, użytkowaną przez norweskiego operatora naftowego w rejonie Morza Północnego. W ocenie bezpiecznej pracy stacjonarnych, pełnomorskich platform wiertniczych należy przyjąć odpowiedni model współoddziaływania konstrukcji z podłożem morskim. W przypadku konstrukcji samopodnoszących współoddziaływanie jest zapewnione dzięki specjalnym fundamentom w postaci stalowych płyt kołowych, o znacznych średnicach, stabilizujących konstrukcję w podłożu. W pracy jest rozważany także nieliniowy model współoddziaływania pal – grunt. Model niezawodności zdefiniowano jako ogólny system losowy, przedstawiono aproksymacyjne (w sensie FORM, SORM) koncepcje niezawodności systemów jedno- i wielopostaciowych wraz z definicją granicznej funkcji awarii, metodę Monte Carlo w wersji klasycznej i symulacji kierunkowych. W pracy zamieszczono osiem przykładów numerycznych ilustrujące analizowane zagadnienia teoretyczne.

Stateczność samopodnoszących pełnomorskich platform wiertniczych w fazie eksploatacji

Współczynnik bezpieczeństwa platformy Petrobaltic na moment obrotowy (stateczność ogólna) oszacowany przy założeniu, że konstrukcja jest traktowana jako układ słupów połączonych sztywnym pokładem, z korekcją efektów drugiego rzędu. Przemieszczenie poziome pokładu platformy wyznaczone, stosując odpowiedni model MES. Siła krytyczna nogi obliczona przy założeniu jej utwierdzenia w dnie morza. Wpływ odchyłki od idealnej geometrii rur nogi oraz inklinacji nogi na wielkość imperfekcji geometrycznej nóg platformy. Stwierdzenie spełnienia odpowiedniej zależności normowej ze względu na stateczność przez obliczony współczynnik bezpieczeństwa.

Selected problems of sensitivity and reliability of a jack-up platform

The paper deals with sensitivity and reliability applications to numerical studies of an off-shore platform model. Structural parameters and sea conditions are referred to the Baltic jack-up drilling platform. The study aims at the influence of particular basic variables on static and dynamic response as well as the probability of failure due to water waves and wind loads. The paper presents the sensitivity approach to a generalized eigenvalue problem and evaluation of the performance functions. The first order time-invariant problems of structural reliability analysis are under concern.

Subsoil degradation effect in reliability analysis of the jack-up platform structure

Structural reliability analysis is considered, by FORM and SORM applied to a certain idealized soil-platform structure interaction problem due to cyclic water wave and wind loads. Wave and wind loads are random variables, whereas dead load is deterministic. Load parameters are typical for storm conditions in the Baltic Sea. The soil-structure interaction is idealized as a set of linear translational and rotational springs. Due to a cyclic type of wave loads, the contact area between the structure and subsoil reveals a degradation phenomenon expressed as Young’s modulus degradation. Numerical calculations of β index provide practical conclusions