Extensão da vida útil à fadiga de estruturas offshore fixas formadas por elementos tubulares

Abstract

Following an exposition on the fatigue fracture phenomena at offshore structures, a description about the ocean environment and a few remarks on inspection methods for steel structures, including the mathematematical formulae of all of the previous for engineering applications, this study embraced the fatigue life computation issue. In order to attain a method for remaining fatigue life valuation and extension for fixed ocean structures, taking into account the information gathered with site inspections, the most recent standards and recommendations have been evaluated, including DNVGL-RP-C210. Accordingly, a calculation method is formulated and suggested. It starts with Global Spectral Fatigue Analyses, necessarily undertaken for jackets’ design and analysis procedures using proper software, such as SACS or SESAM. The subsequent steps include the Simplified Probabilistic Fatigue Analysis, to compute the most probable fatigue life for the significant structural details, the Deterministic Fatigue Analysis, with Fracture Mechanics formulae, and the Probabilistic Fatigue Analysis, deemed to apply the Bayesian inference approach. Both the former steps include Matlab programming to conceive the mathematical simulation models. The last of which enables the numerical experimentation with Monte Carlo simulations. The method application has been exemplified and validated through a real case-study. Beyond formulating the method, which allows remaining fatigue life estimation with the inclusion of additional information, reliability and risk updating and evidence-based inspection planning, some further conclusions have been drawn. Among them are the parametric analyses, as well as software and standards comparison.

Após uma exposição que abrange o fenómeno da fractura por fadiga em estruturas offshore fixas, a descrição sucinta do ambiente oceânico e os métodos de inspecção de estruturas metálicas e se estende às formulações para a sua consideração na análise e dimensionamento, o presente estudo incide sobre as abordagens de cálculo conducentes à determinação da vida à fadiga das estruturas referidas. Com o intuito de formular um método para a estimação da restante vida à fadiga de estruturas fixas em ambiente oceânico, incorporando a informação decorrente das inspecções realizadas durante a vida das estruturas, estudou-se o conjunto de normas e recomendações mais recentes, particularmente as DNVGL-RP-C210. Estabeleceu-se, então, um método de cálculo compatível com as normas DNVGL e que se inicia com as análises correntemente usadas no dimensionamento deste tipo de estruturas. Com efeito, às Análises Espectrais Globais, efectuadas em programas de cálculo específicos, como o SACS ou o SESAM, sucederam-se a Análise Probabilística Simplificada para estimação da vida à fadiga mais provável para os pormenores relevantes, a Análise Determinística com os princípios da Mecânica da Fractura e, finalmente, a Análise Probabilística com inferência Bayesiana. Para os dois pretéritos passos do método formulado foi necessário conceber modelos matemáticos em ambiente MathWorks Matlab, sendo que para o último se empreendeu uma campanha de experimentação numérica com recurso ao método de Monte Carlo. A aplicação do método foi ilustrada e validada sobre um caso-de-estudo real. Para além do método concebido, que permite estimar a restante vida à fadiga de uma estrutura atendendo à informação adicional disponível, melhorar o conhecimento sobre a fiabilidade da estrutura e riscos da exploração, bem como sustentar o planeamento de inspecções futuras, foi possível lograr algumas conclusões adicionais. Entre elas estão diversas análises de sensibilidade e comparações entre conjuntos normativos e ferramentas de cálculo.