1、ICS 7518010E 94 a雷中华人民共和国国家标准GBT 235 1 1-2009IS0 1 9900：20022009-04-08发布石油天然气工业海洋结构的一般要求Petroleum and natural gas industries-General requirements for offshore structures(IS0 19900：2002，IDT)2009-1 I-01实施宰瞀髁鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会促19前言”引言-1范围2术语和定义3符号和缩略语-4一般要求和条件5极限状态设计原则6基本参数7分析、计算和试验8分项系数设计形式9质量控制lo已建
2、结构评估参考文献目 次GBT 23511-2009ISO 19900：200240加unM”璩刖 罱GBT 23511-2009IS0 19900：2002本标准等同采用国际标准化组织ISO 19900：2002石油天然气工业 海洋结构的一般要求(Petroleum and natural gas industries-General requirements for offshore structures)第一版。本标准等同翻译Is0 19900：2002。为便于使用，本标准做了下列编辑性修改：a) “本国际标准”一词改为“本标准”；b)删除国际标准的前言。本标准由中国石油天然气集团公司提出
3、。本标准由全国石油天然气标准化技术委员会归口。本标准起草单位：中海石油研究中心开发设计部。本标准起草人：崔玉军、侯静、刘海山、陆华刚。GBIT 2351 1-2009IS0 19900：2002引 言海洋结构国际标准Is0 19900IS0 19906涵盖了全球石油天然气工业的所有结构的设计准则和评估方法的一般要求。它的应用是为了使有人和无人海上结构达到可靠的水平，不论该结构是使用天然材料还是合成材料。结构完整性是个全面概念，认识到这一点非常重要。它包括描述作用的模型、结构分析、设计准则、安全因素、加工技巧、质量控制程序和国家的法规条列等，所有这些是彼此相关的。在整体概念或结构系统中，单独改变
4、设计中的一个条件将影响原有的可靠度平衡。因此，任何修改应考虑对所有海上结构系统整体可靠性的影响。海洋结构国际标准是为了在不妨碍创新的前提下，为选择结构型式、材料和技术提供一个广阔的空间。因此在使用这些国际标准时，必须与可靠的工程判断相结合。IS019900用于海上结构且与ISO 2394的原则一致(见参考文献1)。在适宜的情况下，包括针对特定的海上结构的补充条款。在使用中涉及原标准的所在国政府或其他当局的法令、法规和规定时，一律按中华人民共和国政府或政府主管部门颁布的相应法令、法规和规定执行。原标准中的数据或定量计算方法，凡切合我国实际的均可使用；否则应根据我国的具体情况，使用我国的数据和定量
5、计算方法。计量单位以我国法定计量单位为主，即我国法定计量单位值在前，英制单位的相应值标在其后的括号内。为不改变原标准公式、曲线的形状特征、常数和系数，原使用英制单位的，仍沿用英制单位。1范围GBT 2351 1-2009150 19900：2002石油天然气工业海洋结构的一般要求本标准为承受确定的或可预测作用影响的结构设计和评估制定了基本原则。这些基本原则适用于所有类型的海洋结构，包括基础支撑结构和浮式结构，以及所有类型的材料包括钢材、混凝土和铝材。本标准制定了结构预期设计寿命期内的使用和退役等设计原则，它适用于结构建造各阶段(如制造、运输和安装)。本原则不仅适用于评估和改造已有结构，还适用于
6、质量控制等方面的活动。本标准适用于整体结构设计，包括下部结构、上部结构、船体、基础和系泊系统。2术语和定义下列术语和定义适用于本标准。21作用 action作用于结构的外部荷载(直接作用)、强迫变形或加速度(间接作用)。例如：由于制造误差、沉降、温度变化或湿度变化引起强迫变形。注：地震一般产生强迫加速度。22作用效应action effect结构构件上的作用效应。例如：内力、弯矩、应力或应变。23气隙air gap极端环境条件下最高水位表面与设计为不承受波浪作用的暴露部分最低处之间的间隙。24附属结构appurtenance用于辅助安装、提供通道、防护或用于输送流体的结构。25基本变量basi
7、c variable代表物理量的一组规定变量之一，表示各种作用、环境影响、几何量或材料特性(包括土壤特性)的特征。26悬链式系泊catenary mooring由系泊缆分布重量提供恢复力的系泊系统。27特征值characteristic value在一定基准期内具有指定概率、不受非预期值影响的基本变量赋值。注：特征值是主代表数值，在某些设计条件下一个变量会有两个特征值，上限值和下限值。1GBT 2351 1-2009IS0 19900：200228顺应式结构compliant structure具有充分柔度的结构，其横向动力作用主要由惯性反力平衡。29隔水套管conductor从海床或海床以下
8、向上延伸，含有延伸至油藏储层的内管的圆管。210退役decommissioning在平台生产结束后，停止生产并将具有危害性材料移走的过程。211设计标准design criteria描述实现各极限状态条件的定量方程。212设计寿命design service life在预计的维护条件下，按其预期目的使用的结构设定周期，在该期间不需要重大的维修。213设计条件design situation在一定的时间间隔内，一组代表实际状态的物理条件。设计应保证极限状态不被超越。214设计值design value用于设计验证过程的代表值。215暴露等级exposure level根据结构失效后的人命安全、环
9、境影响和经济损失后果，定义结构要求的分级系统。注：IS01990203中描述了确定暴露等级的方法。暴露等级为1级的平台最重要，暴露等级为3级的平台次要。常规的有人居住平台且在设计条件出现前不能可靠地撤离的平台为1级平台。216适度性fit-for-purpose总体上满足某一国际标准的要求，但在局部范围不满足该标准的特殊条款，而该范围发生的失效不会引起不可接受的人命安全或环境风险。217固定结构fixed structure底部作为基础并通过它将所有的作用传递到海床的结构。218浮式结构floating structure所有重量由浮力支撑的结构。219自升式jackup可移位且在操作状态下基
10、础支撑的海上移动装置。注：自升式装置是通过将桩腿降落到海床，然后将船体提升到指定高程而形成操作状态。220海上移动装置 mobile offshore anit-MOU需要经常移位来完成特定功能的结构。2221222223224225226227228229230231232233极限状态limit state超出该状态后，结构不能满足相关设计标准。GBT 2351 1-2009IS0 19900：2002名义值nominal value通过非统计的方法确定的基本变量的给定值，一般通过经验或物理条件确定。平台platform结构、上部组块和基础(需要的话)的组合。基准期reference pe
11、riod作为确定基本变量值所依据的时间段。可靠性reliability结构或结构构件满足指定要求的能力。代表值representative value用于验证极限状态的指定基本变量值。抗力resistance构件或构件截面承受作用效果而不失效的能力。重现期 return period在特定的时间段内，超过某一事件的概率的倒数。注：重现期是指一个事件发生超出指定量值的平均时间(通常为年)立管riser在海底与平台终端点之间，用于输送流体的圆管。注：对于固定平台，终端点一般指上部组块。对于浮式结构，立管有可能终止在平台的其他部位。冲刷scour流或波浪引起的海床土壤的迁移。注：这种侵蚀可能由于自然
12、过程形成，或由于结构单元靠近海床干扰了自然流动引起的。飞溅区splash zone波浪和潮汐变化引起经常潮湿的结构区域。结构系统structural system结构的承载构件及其传力路径。结构构件structural component可自然识别的结构的一部分。例如：柱、梁、加强板、管节点或桩基。GBT 23511-2009IS0 19900：2002234结构模型structural module用于设计或评估的理想化的结构系统。235结构structure各相连构件为抵抗作用并提供充分刚度的有机组合。236结构方位structure orientation平面内相对于某固定方向(如真北)
13、的结构定位。237张力缆系泊taut-line mooring由系泊缆的弹性变形提供恢复力的系泊系统。238上部组块topsides放置于支撑结构(固定的或浮式的)上的用来提供部分或所有平台功能的结构和设备。注l：对于船型的浮式结构，甲板不属于上部组块。注2：对于自升式平台，船体不属于上部组块。注3：分开制造的甲板或模块的支撑框架是上部组块的组成部分。3符号和缩略语31符号A 偶然作用na 几何参数设计值nx 几何参数特征值c 约束(见514和81)E 环境作用Fd 作用设计值F， 作用代表值，d 材料特性设计值，如强度 材料特性特征值，如强度G 永久作用Gk 永久作用特征值Q 可变作用Qt
14、可变作用特征值Rd 抗力构件设计值Rt 抗力构件特征值，它基于材料性能特征值 模型的不确定性系数或没有在其他y值中考虑的因素n 反映作用的不确定性或随机性的作用分项系数(见822) 反映材料特性的不确定性或可变性的材料分项系数(见832)托 结构重要性和失效后果的系数，包括失效类型的重要性。L值可能还要取决于需要考虑的设计条件。靠 反映抗力构件不确定性和可变性(包括材料特性)的分项抗力系数(见85)。 反映几何参数不确定性的附加分项几何量值(见842)4虢 考虑降低同时单独作用概率的折减系数(见823)吼，吼 可变作用的特征值与代表值相关系数(见821)32缩略语ALS偶然极限状态FLS疲劳极
15、限状态SLS在位极限状态ULS临界极限状态GBT 2351 1-2009ISO 19900：20024一般要求和条件41基本要求结构及其构件应根据其预期的用途来设计、建造和维护。特别是它应具有合适的可靠度，并满足下列性能要求：a)能抵抗在建造和预期使用中可能出现的作用(ULS要求)；b) 在所有预期的作用下能正常发挥功能(SLS要求)；c)在重复作用下不会失效(FLS)；d) 在灾害发生时(偶然或非正常事件)，不会发生与原灾害不相称的次生破坏(ALS)；e)合理的可靠度取决于：失效的原因和模式；对人命、环境和财产等风险方面可能的失效后果；需要降低失效风险的投资和措施；国家、地区或当地标准的不同
16、要求。本标准为在结构预期的寿命期内满足上述要求提供标准。按照本标准设计和建造的结构可认为满足上述要求。42耐久性、维护和检测在环境条件下，结构的耐久性应保证在使用期内它的基本状态保持在一个可接受的水平。维护应包括定期检测、特殊状态(如：地震或其他严重的环境条件发生后)检测、保护系统升级及结构构件的修复。可通过下列方法实现结构的耐久性：a)维护程序，或；b)在结构寿命期内，对于不可能或不需要维护的部位，其设计应允许该部分结构性能退化。对于情况a)，应通过设计和建造使结构在两次检测期间不会出现明显的退化。设计中应考虑结构相关部位监测的可实施性，而不需要采取不合理的复杂拆卸。应通过适当的保护系统来降
17、低或防止退化。可通过计算、试验研究、其他结构的经验或上述方法的组合来评估退化速率。注：并不是仅仅通过简单的设计计算就能实现结构的完整性、预期寿命内的可使用性和耐久性，还取决于建造阶段的质量控制、现场监督和结构使用及维护的方式等。43灾害431概述应考虑可能引起超越SLS或ULS的单一的或与正常条件组合的灾害条件。结构或构件的可能灾害包括：a)资料不充分、遗漏和误解等引起的错误；b)非正常作用的影响；c) 可导致火灾、爆炸或倾覆等的操作失误。5GBT 2351 1-2009IS0 19900：2002消除这些灾害的方法一般包括：对开发和作业各阶段的周密计划；对危险源采取消除、规避并采取应对措施等
18、，避免灾害对结构的影响；将灾害后果降低到最小；将设计中应考虑灾害因素。在考虑特定的灾害时，应定义设计状态(见522)。这种设计状态一般由与预期的正常操作条件下发生的一种灾害控制。432偶然事件应考虑偶然事件的可能性，并在适当的时候建立合理的准则。可能的偶然事件包括：船舶撞击、落物、爆炸、火灾和意外充水。结构设计要求的制定，应考虑作业条件、结构类型、功能及位置。44设计基础结构预期使用和环境条件的影响应作为结构正常使用的设计条件。由结构制造及相应的环境条件产生的影响，也应包括在相应的设计条件中(见522)。为确立结构设计基础，应考虑所有相关的影响和条件。制定海洋结构设计基础时需要考虑的主要影响和
19、条件见45412。45使用要求应确定结构的使用要求和预期的使用寿命。结构可能用于钻井、生产、储存、人员居住或其他功能，或是上述功能的组合。46操作要求461人员配置应确定结构寿命期各阶段的人员配置水平。462隔水套管和立管在结构设计中，应确定并考虑所有隔水套管和立管的数量、位置、尺寸、间距和操作条件等。在设计和布置中，应对隔水套管和立管提供保护以避免意外损坏。设计中应采取措施缓解因意外事故对陌水套管和立管产生的影响。463设备和材料布置应确定设备、材料布置和相应的重量、重心以及环境条件下的作用，并考虑对将来操作的影响。464人员和材料运输应确定人员和材料的运输计划，如：a)直升机的类型、尺寸和
20、重量；b) 供应船和其他服务船的类型、尺寸和排水量；c) 甲板吊机和其他材料搬运系统的数量、类型、尺寸和位置；d)人员的紧急逃生计划。465运动和振动结构和结构部件的设计应保证加速度、速度和位移在限定的范围内不会削弱结构安全性和使用性。47特殊要求应确定未包括在461至465中的所有影响结构安全的特殊操作、建造和维护要求，以及预期的同时发生的环境条件。应确定针对某些特定作业的极限环境条件。注：该要求通常适用于浮式装置(如：给定吃水时的极限环境条件)或海上移动装置(MOUs)(如：处于最大悬臂位置的自升式装置的极限环境条件)。49位置和方位应确定场址位置和结构方位。对于设计成可重新就位的结构，应
21、提供极限环境条件、水深和土壤条6GBT 23511-2009ISO 19900：2002件的限制范围。为确定合理的环境条件和土壤条件，应尽早确定结构所处的经纬度。49结构型式491概述结构系统的选择应确保在特定条件下，主结构在正常使用期间能保持充分的结构完整性。材料、细部构造、质量控制和建造方法的选择均会影响结构的完整性。492甲板高程上部结构一般应在设计波峰以上有足够的间隙。任何没有足够间隙(气隙)的上都结构或管道系统，在设计中应考虑波、流的作用。次要结构或部件可不考虑该要求。在可能的情况下，甲板高程和气隙的确定应考虑下列参数值和不确定性；a)水深；b)潮汐和增水；c)极端波浪的波峰高程；d
22、) 波浪和结构的相互作用；e)结构的运动和吃水；f) 初始和长期的沉降和倾斜；g)沉陷。493飞溅区飞溅区范围的确定应考虑平台的高程、浮式船舶的运动、潮汐变化、波峰和波谷等因素。对于可调节吃水的浮式结构，应确定飞溅区与极端吃水的相对关系。注：飞溅区是指间或暴露于空气中和浸没于海水中的结构部分，飞溅区对检测和维护的考虑非常重要，对防腐和疲劳设计也有影响。494系留系统浮式结构应配备系留系统，系留系统可以是被动的，也可以是主动的，或是两者的结合。系留系统的设计应确保维持适当的相对位置，且当方位对于安全性和操作非常重要时，应可控制方向。被动系留系统包括悬链式系泊、张力缆系?自、弹性浮筒、铰接腿、张力
23、腿系统等。主动系留系统包括依靠推进器的动力定位或依靠系泊缆张力变化的悬链线系统。如果可解脱方式为可控的且不会产生如下后果，浮式结构的系泊系统应设计为可解脱式，以减缓恶劣风暴的影响：a) 削弱浮式装置甲板上的人员或邻近下部结构的安全性，或b)对环境产生不利风险。495结构分舱浮式结构或对于浮力非常重要的结构一般应分舱以限制意外充水产生的后果(见516)。确定舱室的数量应考虑用于防止充水的特殊条件和保护措施。如果只是在临时阶段需要浮力，或充水对于完整可靠性影响很小，可考虑减少舱室。410环境条件4101气象和海洋资料41011概述适宜时，设计中应考虑41012至41019所列的现象。这些现象应以物
24、理特征描述，尽可能采用统计值。如果可以获得需要的数据，应确定不同参数的联合概率值。通过这些资料，可确定与下列因素相关的环境设计条件：a)所设计的结构类型；7GBT 23511-2009ISO 19900：2002b)各开发阶段(如：建造、运输、安装、钻井、生产等)；c)极限状态。通常，应建立如下两组条件：结构寿命期内预计会经常出现的一般气象和海洋条件。这些条件用于规划现场作业(如安装)并确立与特定作业或适用性检验相关的环境引起的作用。在给定重现期或出现概率下极端气象和海洋条件的重现。应通过现场实测或合理的数模(如后预测模型)确定极端、一般及其他水文气象参数。注1：环境作用一般由设计环境条件引起
25、。在就位期间，极端环境条件一般具有一定的重现期(见821)，或与极端环境条件相关的作用可指定一个重现期，如果存在足够的数据来确定重现期，可以使用极端水文气象条件的现场联合概率，并且据此提供分项系数。注2：通常应研究在可能的环境参数组合作用下结构的响应，并且应考虑波浪周期与运动或振动的固有周期之间的相近性。例如：对于两组不同的海况条件，每组具有相同的重现期，渡高较小但周期较长或较短的波浪对某些杆件可能引起更严重的作用。注3：相对于固定或底部支撑结构，它们的结构动力响应更显著，所以顺应式或浮式结构通常对更多的环境参数敏感。注4：根据波长调整结构的主尺度等，特殊问题应予以考虑，例如：a)重力式结构或
26、半潜式装置的主腿间距，或b)船型驳的船体长度。41012风结构的整体和局部设计应考虑作用于结构上的风荷载，应确定具体场址的风速、风向和持续时间等资料。风一般采用平均海平面以上一定高度且在一定时间间隔内的平均速度值表示。在特定情况下(如：设计运动周期大的柔性结构如火炬塔和顺应式结构)频率很重要，应予以考虑。应考虑随高度的变化以及空间相关性。注：通常整体设计中采用与波浪最大作用时的持续风速与波浪的联合作用，与设计风暴对应的最大阵风风速用于上部结构和孤立构件的设计。41013波浪结构的整体和局部设计应考虑波浪作用，具体场址资料的确定应考虑下述参数：a) 以波高、波周期、持续时间、方向和谱表示的海况特
27、征；b)特征参数的长期统计值。41014水深和水位变化应确定水深、高低潮位和风暴增水、减水。在确定水深时，应考虑泥面沉陷的可能性。41015流必要时应考虑潮流、风驱流、大洋流、回流和涡旋流等现象。应通过速度(大小和方向)沿水深的变化和持久性表示流。应考虑由内波引起的流体运动。注：大洋流是由大范围的整体效应产生的。回流随地貌与主要的海洋流循环模式有关，如：墨西哥湾回流。涡旋流是由回流和其他主要的循环流分离的中等循环流。涡旋流可持续数月甚至更长。内波是出现在具有不同密度的液体层面的传播波。41016海生物应使用厚度、粗糙度、密度和随深度的变化来描述和定义海生物。平台的设计可依据在平台服役期内对海生
28、物的定期清除或采用防海生物系统。设计中所采用的方法应予以记录，在结构寿命期内应制定清除计划。违反该计划所产生的后果应予以确定并形成报告。8GBT 2351 1-2009S0 19900：2002注：对于大多数海域，海生物生长在浸投于水中的平台构件上。海生物增加构件表面的粗糙度、直径和质量，因此，它们又影响波浪、地震及结构运动引起的作用。41017冰和雪对于存在冰和雪的地方，应考虑冰和雪的聚积。应确定雪在水平和垂直表面上的堆积(厚度和密度)。应考虑同时作用的最大风、浪和流。另外，同时应考虑由于浪花、雨和雾可能引起的冰的聚结，必要时应考虑海冰和冰脊的作用。41018温度如果温度和结构设计有关，应确
29、定平台场址的最高、平均和最低气温和水温。注：气温和水温会影响材料性能。41019其他水文气象资料如果需要，应确定其他环境资料如降雨量、雾日、寒潮以及海水的密度和含氧量的变化。4102地质调查41021概述可通过下述方法评估可能出现的海床运动的特征、量级和重现期：a)场址调查和分析，或b)模型试验。海床的特征及其对结构完整性和基础的影响应予以记录，内容应包括寒冷地区的永冻土、可能的沉降等。注：对于大多数海洋区域，地质的演变可能引起结构设计寿命期内海底表面的沉降。由于这些变化的不确定性，可用参数法来确定设计标准。41022地震对于地震活动地区，结构设计应考虑地震活动的作用。可通过在震级和出现概率两
30、个方面的地震活动历史记录确定地震危害。对于地震资料缺乏的地区，可通过详细的特定场址调查来确定地震活动，后者包括：a)地震构造和场址特性。如果可能的话，包括可能的断层位置和断层错动历史；b)地震爆发的评估，包括事件发生的长期概率；c)地面运动特性，包括衰减；d)设计地面运动的确定。41023断层只要有可能，应避免将设施设置在靠近断层的地方。如果不能避免将设施设置在可能的活动断层附近，应根据地质研究评估预期运动的量级和重现期，并论证地震活动导致的可接受的后果和或低风险。注：在某些海洋区域，垂直或水平的运动可能导致断层延伸到海底面。断层的运动可能由地震活动、从深的油藏中移走液体或由于大范围的沉降或侵
31、蚀导致的长期蠕变而引起的。41024浅层气现场调查应包括对浅层气的调查。注：在靠近海底的土壤中，不论存在生物的还是矿物的气体，都会对基础或钻井操作带来严重的影响，可通过浅层地震测量法确定是否存在浅层气。4103工程地质资料41031土壤特性应进行场址调查以确定土壤的分层、相应的物理和工程特性和对结构可能的危害。场址调查应提供足够的与受结构基础相互影响的深度和范围内的土壤特性资料。场址调查应包括一个或多个钻孔，以提供确定平台场址工程特性的土样和现场试验数据。钻孔的9GBT 23511-2009ISO 19900：2002数量和深度取决于场址附近土壤的变化、平台形式和预期的作用等。通常地球物理调查
32、是场址调查的一部分，并且一般应在钻孔之前进行。为了获得需要的基础设计参数，现场调查的数据应结合该区域的浅层地质调查进行评估。实际上，土样和试验程序应在对地貌结果审查后确定。注：根据场址的早期调查和经验，可减少或免除对新建结构研究和调查的数量和范围。41032海床的不稳定性对于可能的海床不稳定区域的调查范围，应特别关注以下事项：a)确定场址周围的亚稳定地质特性；b) 确定模拟和评估海床运动需要的工程地质特性。注：海床的运动可由海浪压力、地震、海床土壤的重量和上述各项的联合作用引起。欠固结软弱土层的沉积可能在非常小的坡度下不稳定，地震可导致原本在海床土壤自重和波浪荷载作用下稳定的海底斜坡失稳。41
33、033冲刷设计中应考虑冲刷的可能性。冲刷程度可根据下列因素确定：a)基于与场址海床特性相似的已有记录；b)模型试验；c)根据原型或模型试验标定的计算。注：冲刷是由于流和波浪对海底土壤的运移。这种侵蚀可能由地质演变或结构构件干扰了海床附近的自然流场引起的。411建造应考虑建造过程的所有活动和作业，包括结构的制造、装船、运输、安装和固定等相关过程。设计条件的确定应考虑结构的类型和位置、环境条件、建造设备以及建造作业的自然条件和周期等。412退役和拆除在设计阶段就应该考虑结构在寿命末期的退役和拆除。5极限状态设计原则51极限状态511概述结构的整体或局部功能应该与特定的极限状态相符，超过这些条件，结
34、构将不满足设计要求。512极限状态分类极限状态可分为下列四种类型，每种类型可再细分：a)临界极限状态(ULS)：一般与最大作用的抗力有关；b)在位极限状态(SLS)：与控制正常功能使用的标准有关；c)疲劳极限状态(FLS)：与重复作用的累积效果有关；d) 偶然极限状态(ALs)：与偶然或非正常事件的状态有关。513临界极限状态(ULS)海上结构的临界极限状态(uLs)包括：a) 作为刚性体的结构整体或部分丧失静力平衡(例如翻转或倾覆)；b) 由于结构的关键构件超过极限强度(在某些情况下是由重复作用引起的)或构件的极限变形而引起的失效；c) 结构转变为机动体系(倒塌或过大变形)；d)结构的失稳(
35、屈曲等)；e)丧失系留能力(自由漂移)，或f)沉没。1 0GBT 23511-2009ISO 19900：2002514使用极限状态(SLS)海上结构的使用极限状态(SLS)包括：a)影响结构或非结构构件有效使用的变形或位移；b)导致身体不适或对附属结构或设备有影响的过大振动(尤其是出现共振)；c) 降低结构的耐久性或影响结构或附属结构构件使用的局部损坏(包括裂纹)；d) 降低结构耐久性和影响结构或附属结构构件特性和几何参数的腐蚀；e)超过设备限定条件的运动。通过设计控制SLS，通常需要使用一个或多个约束(c)来描述可接受的变形、加速度和裂纹宽度等(见81)。515疲劳极限状态(FLS)海上结
36、构的疲劳极限状态(FLS)一般指因波浪重复作用引起的累积损伤。516偶然极限状态(ALS)偶然极限状态(ALS)校核以保证局部破坏或充水不会导致结构丧失整体性或功能。该限定条件的目的是保证结构能忍受特定的偶然和非正常事件。当结构出现损坏时，在指定的环境条件下，结构的整体性能够维持足够长的时间，以保证撤离。这种要求有时也称为渐进倒塌极限状态(PLS)。52设计521一般设计要求设计中应考虑所有的有关极限状态。应针对每个有关的极限状态分别建立计算模型。这个模型应包括所有适当的参数且并考虑：a)作用的不确定性；b)结构的整体响应；c)单个结构构件的特性；d)环境的影响。设计过程不应精细到这样的程度，
37、即采用与加工工艺不相符的标准和对重要设计参数不匹配的认识。522设计工况对于任何结构，通常考虑几个不同的设计条件是必要的。对于每个设计条件，可能有不同的结构系统、不同的设计值、不同的环境条件等。设计条件可分为以下类型：a)持续状态，具有与结构寿命相同量级的持续时间；b)瞬时状态，具有持续时间短变化快的状态，如建造、装船、运输和安装阶段等；c)偶然状态(事故期间和之后)，一般为持续时间短和出现概率低。6基本参数61概述代表每一种极限状态的计算模型应包括一组指定的基本变量。一般情况下，这些基本变量对应于适当的物理量。通常，这些基本参数代表的特征为：a)作用；b)材料和土壤的特性；c)几何参数。1】
38、GBT 2351 1-2009ISO 19900：200262作用621作用分类6211概述作用可根据时间变化、作用位置和结构响应来分类，根据分类选取不同的分项作用系数，因此对每一种分类描述是必要的。6212永久作用(C)这些作用一般贯穿给定的设计条件，并且变化量与时间的关系为：a) 相对于均值可忽略不计的；b)达到极限值。永久作用一般包括：结构自重；上部永久固定设备和功能设备的重量；土压力的作用；建造过程产生的变形；混凝土收缩或焊接变形引起的作用；外部静水压力的作用；支撑和或沉陷的作用；预应力。6213可变作用(Q)这些作用贯穿给定的设计工况，但不包括环境作用。可变作用一般包括：由于使用和占
39、用产生的作用，包括吊机荷载、钻井大钩荷载、可变压载、直升机荷载等产生的作用；临时结构和设备的自重；安装阶段产生的作用；所有的移动作用如可移动的钻井井架；功能性温度变化，它们能产生作用或影响材料特性。6214环境作用(E)这些作用是可重复的，或持续的，或既重复又持续。环境作用一般包括：风作用；波浪作用；流作用；海生物、雪、聚积冰作用以及它们对可变作用和其他环境作用的间接影响；冰作用(直接的)；环境温度变化引起的作用或对材料性能产生的影响；地震作用。6215重复作用这些作用随时间变化幅度大且重复发生，会导致疲劳。6216偶然作用(A)这些作用可能产生较轻微的后果(频繁)，或可导致较严重的结构损坏(
40、罕见)。事故作用一般由下列事件引起：碰撞；落物；】2GBT 2351 1-2009ISO 19900：2002火灾；爆炸；非预期的土壤沉陷；非预期的侵蚀或冲刷；非预期的充水。622根据空间变化对作用分类作用也可根据在空间的变化分为两类：a)分布在整个结构空间的固定作用，其作用位置、大小和方向是不变的；b)作用在结构不同部位的自由作用。不属于上述两类之一的作用可认为是固定作用和自由作用的组合形式。自由作用的处理应考虑作用的不同分布，可通过固定每一个自由作用的位置来确定设计条件(见522)。623根据结构的响应对作用分类可根据结构对作用的响应进一步对作用分类：a)静力作用是产生静力响应而不会造成明
41、显的结构或构件的加速度；b)动力作用是指能造成结构或构件明显的加速度，即动力响应。注：作用是否作为动力考虑取决于结构和作用源的性质。即与结构自身性质有关的动力作用通常可作为等效静力作用来处理，即将主要的静力作用数值增大，或是对不同的结构类型附加一组表征惯性的作用。63材料和土壤性能材料的特性值及其对应的变量应根据指定的试验或现场观测与其他资料的结合来确定。应通过转换系数或通过考虑尺寸效应和时间和温度的函数，使与指定试样有关的特性转变成结构实际材料的相关特性。结构材料或土壤特性的不确定性应通过标准试验结果和转换系数或函数来获得。对于土壤的其他考虑，参见4102和4103。64几何参数应对定义结构
42、、构件和截面的形状、尺寸和整体布置等的几何参数进行描述(见84)。如果任何几何参数偏离设定值，且对结构的特性和抗力有重大影响，应通过设定误差范围考虑变化的量级和可变性。注：在许多情况下，几何参数的随机变化与作用和材料特性的可变性相比是很小的。在这种情况下，可假定几何参数是非随机的，设计中采用定值。7分析、计算和试验71概述设计过程一般由下列组成：a)整体性能分析即对结构进行整体作用效应分析(力、弯矩、加速度和位移)；b)结构分析即对截面进行作用效应分析(力和弯矩)；c)截面和节点等的分析，即给出一般性能的抗力；d)局部特性和细部的分析，如在连接处的截面不连续处。对于ALS分析，设计过程包括：e
43、)选择相关的作用(见6216)和可接受的损坏程度(见41)；另外，在事件发生后，在可接受的延缓时间内，结构应能抵抗环境作用，以便人员的撤离和对环境的保护。对于疲劳分析，设计过程也包括：f)局部特性和细部的分析，如在连接处和截面的不连续处。对于浮式结构设计过程还包括：1 3GBT 23511-2009ISO 19900 12002g)海上稳定性分析。结构分析可通过计算、模型试验或原型试验进行，也可采用上述方法的组合。在结构使用期内的所有阶段，对结构整体稳定性和完整性有重大影响的结构特性应进行维护和检查。如采用近似的条件设计相似的结构，只要能证明满足本标准的基本要求，可采用简化方法。72计算计算中
44、采用的计算模型和基本假设应根据所选择的极限状态表示作用和结构响应。为了分析，一般可根据一维构件(粱、柱和缆)、两维构件(板和壳)以及三维构件(实体)的模型描述结构。对于SLS、ULS和FLS，通常线弹性分析方法是合理的。然而，有时需要采用非线性方法，如系泊系统和桩土相互作用。如适用，ALS分析可采用表示作用和抗力的非常规的经过实践证明的理论(塑性变形、残余强度分析等)，对考虑的确定事件，结果对小的变化不敏感。对于自由作用，为了定义不同的作用分布，应定义和使用每个作用的简化空间模型。对于一个给定的结构，应选择最不利的作用分布。如果适用，分析中应考虑环境条件对材料性能的影响。例如：在分析中可直接表
45、示的环境条件，包括潮湿对混凝土收缩和蠕变的影响，以及火灾时高温对结构构件应变分布和强度的影响。73模型试验结构或部分结构的设计，可根据相应的模型试验环境结合模型分析的结果来预测实际结构的性能。例如基础与结构相互作用的分离试验、船舶运动的水池试验、浮式结构的风洞试验等。将模型试验的结果修正到全比尺时应确保正确性。基于试验的设计应采用合理的分项安全系数来考虑试验原型固有的不确定性。74原型试验对特殊设计条件，根据所进行的原型试验的结果对结构或部分结构进行设计，如浮体稳性的倾斜试验。基于试验的设计应采用合适的分项安全系数以考虑试验固有的不确定性。75参考现有结构也可参照相关的特殊设计条件下的现有结构
46、的结果对结构或部分结构进行设计。8分项系数设计形式81 原则分项系数形式利用分项系数分解不同原因引起的不确定性和变化的影响。本节描述了该方法的基本原理。然而实际应用时，有时进行较小的修改是必要的和必需的(见822和832)。在验证过程中，指定的基本变量值称为设计值。作用的设计值Fd(见822)应按式(1)表示：Fd一乃F， (1)材料的强度应采用下式确定的设计值，d(见83)表示：，d一 (2)公式(2)的替代形式，构件的设计抗力可直接按式(3)表示为：RdRk7i (3)其他有关特性可采用相似的方法或通过引入一个附加的安全裕度表示。几何参数应由下式确定的设计值na(见842)表示：1 4GB
47、T 23511-2009ISO 19900 12002ad=ak士Aa (4)作用、抗力和几何参数的表达式和特征值的解释参见821、831和841。极限状态内的条件可用以下一般形式表示：日(Fd，d，Rd，ad，C，L，n)0 (5)参数c代表约束(见514)，而n和L是31节定义的系数。根据对模拟实际结构和构件的设计模型精确程度的置信度，系数扎应取不同的值。注：在设计和建造中识别了多种变化因素，如不完善的数学模型、建造标准、试验和现场的材料特性的差异以及施工工艺等。这些不确定性的普遍特征是，虽然它们可定性识别，但不能定量。82作用及组合821代表值对于不同的设计条件，可赋予每个作用不同的值，
48、这些值称为代表值。主代表值称为特征值，它是指在某些参考期间内不超越非期望值的与指定概率相关的值。在某些设计条件，一个作用会有两个特征值，上限和下限值。如降低作用效应对结构更加危险，下限值是更不利的条件。应根据条件的特征选择其他的代表值。例如：对暴露时段和地质现象时段，代表值可采用系数蛾1表示为特征值的特殊部分。如可能，应根据观察、实验室试验或现场数据确定作用和随机变量。其他资料，如基于使用类型的经验或物理约束进行的判断，也应予以考虑。从该组资料中获得的值称为“名义值”。通常永久作用G具有惟一的代表值。当作用包括结构自重时，应通过几何参数的设定值(一般从图纸中获得)和材料的平均密度确定Gk值。如果永久作用
