Steel framed structures for subsea applications: structural criteria and analysis methodologies

Abstract

Na indústria energética offshore, vários tipos de componentes estruturais são necessários. Estes componentes são normalmente produzidos onshore, pelo que é necessário fazer o seu transporte para o local de produção, offshore. Esta tese, ir-se-á focar nos requisitos estruturais e metodologias de análise apropriadas para o dimensionamento de estruturas metálicas que passam por esta fase de transporte, sendo posteriormente usadas em campos subaquáticos de extracção de hidrocarbonetos, fase de utilização. Para tal, vai-se proceder à comparação dos critérios estruturais de três normas: DNV 2.7-3, respeitante ao transporte de Portable Offshore Units; ISO 13628-7 referente à fase de completion e workover riser equipment; e Eurocódigo 3, destinado à generalidade das estruturas metálicas usadas na construção civil. De modo a proceder à comparação entre os diferentes critérios estruturais e metodologias de análise, vai-se recorrer a modelos numéricos de elementos finitos, permitindo obter a carga limite de acordo com cada norma. Este estudo também irá incidir sobre vários métodos de modelação estrutural usando software de elementos finitos, considerando diferentes tipos de elementos, curvas de material e os tipos de análise. Três ligações em T constituídas por duas barras de secção circular oca, CHS, vão ser analisadas. Cada ligação tem uma classe de secção transversal diferente: classe 1, 3 e 4, de acordo com a classificação do Eurocódigo 3. Após uma comparação detalhada dos resultados obtidos, observações e comparações vão ser realizadas relativamente aos critérios estruturais e às metodologias de modelação e análise. Orientações e directrizes para futuras análises vão ser fornecidas, visando a realização de análises mais eficazes para as estruturas em estudo

In the offshore energy production business several types of units are required. As these units are manufactured onshore, they require transportation to the exploration site. Afterwards they are deployed and the production stage shall proceed. This thesis will focus on the structural criteria and analysis methodologies feasible of being used when designing steel framed structures which undergo these stages and are intended to be used in subsea oil and gas production fields. The structural criteria which will be compared are provided by: DNV 2.7-3, related to the transportation stage of Portable Offshore Units; ISO 13628-7, which concerns the production stage of completion/ workover riser equipment; and Eurocode 3, intended for steel structures as a whole. In order to retrieve results, to perform the structural criteria comparison, finite element analysis will be used. This thesis also focuses on different modelling techniques available in finite element software, such as element type, stress strain relationship and analysis type. Resembling part of a steel framed structure, three T shaped connections will be analysed, covering three classes according to EC 3 categorization: class 1, 3 and 4. The T connection is performed by two circular hollow section beams. After a detailed comparison of results, observations shall be made concerning both the structural criteria provided by each standard and the finite element modelling techniques used. As a conclusion, guidelines will be provided for future analyses, aiming towards a more efficient analysis strategy for such structures.