导管架平台作为海洋石油勘探开发关键设备,服役过程中除了承受常规环境载荷外,还经常会遭遇一些极端环境载荷作用,如极端风浪、强震等。与移动式平台不同,导管架平台遭遇极端环境载荷时只能被动承受,一旦平台结构抗力水准无法满足极端环境载荷作用,平台结构将会发生严重灾变破坏,造成不可估量的灾难性损失,因而有必要开展导管架平台极端动力灾变机理及生存能力研究,为我国海洋石油导管架平台抗极端灾害工程和安全运行提供技术支撑。本文以国家自然科学基金项目“极端海洋环境下海洋固定平台生存能力及动力灾变应急对策研究”和“老龄海洋平台灾变性倒塌机理及鲁棒性研究”为依托,系统开展导管架平台极端动力灾变机理和生存能力研究,在导管架平台上部高耸井架风致振动响应评估、极端甲板上浪载荷数值模拟、极端风浪下平台结构生存能力评估、强震下平台结构生存能力评估以及极端环境下平台结构风险应急体系分析等方面取得较大研究进展。主要研究进展总结如下:1.导管架平台上部组块风振响应分析开展全风向角下大型导管架平台缩尺模型高频天平测力试验,获得平台结构全风向角下气动力系数和基底弯矩功率谱分布特征;建立和推导消除缩尺模型共振影响的平台结构广义模态力自谱和互谱密度计算方法,进一步基于振型分解法建立平台结构风致振动频域计算方法,并探讨参振振型和振型组合方式对平台结构风致振动频域法计算结果影响;基于缩尺模型基底弯矩功率谱,推导平台结构横风向和顺风向脉动风载荷功率谱密度空间分布,采用改进谐波叠加法模拟平台结构顺风向和横风向脉动风载荷三维空间分布时程;基于Newmark逐步积分开展平台结构风致振动时域分析,重点探讨平台高耸井架结构顺风向和横风向风致振动特性,以及顺风向和横风向阵风载荷因子随高度和风向角变化规律,为平台上部组块高耸结构抗台设计提供工程指导,并为开展极端风浪载荷下平台结构生存能力评估提供基础风载荷数据。2.极端波浪下导管架平台甲板上浪特性研究基于波浪势流理论,对FLUENT软件进行二次开发,构建适于海洋工程三维数值波浪水池,并采用三维Airy波和Stokes5阶波验证了数值波浪水池的精度和工程适用性;基于数值波浪水池开展平台结构甲板腿波浪爬升机理研究,探讨波陡以及甲板腿之间相互干扰效应对波浪沿甲板腿爬升高度的影响,并同经验公式计算结果比较分析,指出经验公式预报平台气隙高度会产生较大误差;进一步基于数值波浪水池开展极端波浪甲板上浪研究,再现甲板上浪过程平台结构周围流场变化过程,重点研究上浪过程中水平和垂向上浪载荷变化特征,并同API规范计算结果进行比较分析,准确预报平台结构水平和垂向甲板上浪载荷分布,为开展平台结构极端风浪下生存能力评估提供技术支撑。3.极端风浪下导管架平台结构生存能力研究基于结构非线性弹塑性理论,提出适于评估极端风浪下平台结构性能状态的改进静力推覆法(IPOA)和改进动力推覆法(IDPA);基于性能设计评估原则,对平台结构不同破坏状态进行分级(DS1~DS5破坏等级),并制定各破坏等级极限状态(LS1~LS4)评定准则,最后提出平台结构极端风浪下生存能力评估方法和流程;针对平台上部高耸井架结构抗风敏感性,开展高耸井架IPOA和IDPA分析,识别井架抗风薄弱环节和主要失效模式,绘制极端台风下高耸井架生存能力窗口;基于Stokes5阶波浪理论和甲板上浪载荷计算模型,开展平台整体结构IPOA和IDPA分析,识别平台抗极端波浪薄弱环节和主要失效模式,绘制极端波浪下平台结构生存能力窗口。4.强震下平台结构抗震性能及生存能力研究针对海洋导管架平台结构特征,提出适于评估海洋导管架平台弹塑性抗震性能的能力谱法、模态推覆法(MPA)和改进模态推覆法(IMPA)计算方法和计算流程,分别开展设防烈度8度地震和罕遇烈度8度地震下平台结构弹塑性抗震性能评估,识别平台结构地震作用下主要失效模式和抗震性能;对比分析3种确定性抗震方法计算结果,总结3种方法抗震评估的精度和有效性;考虑平台结构地震动的不确定性和随机性,基于多样本地震动记录,开展平台结构抗震增量动力推覆(IDA)分析,系统研究平台结构抗震易损性,进一步提出基于易损性能设计的导管架平台地震生存能力评估方法和流程,探讨平台结构在不同破坏状态年超越概率下生存能力。5.极端环境下平台结构风险和应急框架研究基于极端风浪下平台结构失效模式和破坏状态,采用事件树和安全屏障法,研究极端风浪下高耸井架和平台结构不同失效模式下事故场景以及倒塌过程连锁事故场景,评估极端风浪下高耸井架和整体结构风险等级;基于概率地震理论,考虑本质不确定性影响,定量评估平台结构不同破坏状态年均风险等级以及整个服役期内概率风险水准;基于极端环境下平台结构破坏状态和风险水准,结合完整性管理思想和极端环境监测预警技术,构建极端环境下平台结构应急决策体系框架,可为极端环境下平台结构抗灾害安全风险评估以及应急决策提供一定工程指导。