Assessment of behaviour of tubular joints in offshore structures according to the standards Norsok N--004, ISO 19902 and Eurocode 3--Part 1--8

Abstract

Na presente tese estuda-se o comportamento mecânico de ligações entre perfis tubulares, as quais são as mais comuns nas estruturas offshore. Efetuou-se uma descrição geral das ligações tubulares (X-,Y- e K-) bem como um estudo ao comportamento que estas exibem. Estudou-se, ainda, ligações tubulares reforçadas (chord can) uma vez que se trata de uma solução útil que confere resistência ao conjunto sem alterar significativamente a geometria da mesma. Realizou-se um estudo sobre os regulamentos utilizados no dimensionamento de ligações em estruturas offshore, como é o exemplo de Norsok N-004, ISO 19902 e EC3 -1-8, com vista à aplicação destas e posterior comparação. Através do mesmo, constatou-se que factores como o estado de tensão, o tipo de carga na diagonal e a configuração da geometria influenciam significativamente os resultados. Analisaram-se algumas ligações correntes, sujeitas a diferentes cargas, de forma a retirar conclusões. De forma a obter informação detalhada acerca do comportamento mecânico das ligações entre perfis tubulares, efetuou-se uma análise plástica estática. Realizou-se, ainda, uma análise numérica com base no MEF no software Abaqus CAE , para além de uma pesquisa a investigações anteriores de forma a que os resultados numéricos pudessem ser validados. Uma vez efetuada e validada a análise numérica, realizou-se um estudo paramétrico de forma a compreender a influência do parâmetro "y" na ligação. Os resultados mostraram que, para pequenos valores de "y", as ligações apresentam uma boa resistência axial e de flexão para além de que os valores obtidos analiticamente encontram-se próximos da zona de cedência, para valores de "y" mais altos observa-se uma redução considerável da resistência enquanto os valores analíticos obtidos através das curvas Força/Momento-Deslocamento/Rotação se encontram mais abaixo da zona de cedência. O que acontece para evitar rotura local que usualmente ocorre antes da rotura global nas seções com baixa capacidade de carga axial e de momento fletor.

This thesis studies the mechanical behaviour of tubular joints which are the most common connections on offshore platforms. A general description of tubular joints (X-, Y- and K-) and its structural behaviour is done. Reinforcement (chord can) on tubular joints is also revised as it is a very useful resource that strengthens the joint without significant changes in the geometry. A preliminary study about the current regulating standards (Norsok N-004, ISO 19902 and EC3-1-8) in tubular joints is performed. Therefore, deep comparison among standards results is done so as to understand the differences and similarities. It was found that factors that accounts for the chord stress state, type of loading on the brace and geometry configuration were very significant in the results. Useful cases studies are performed for each joint with different loads to have a better idea about those conclusions. In order to enter in more detail about the mechanical behaviour of tubular joints, a static plastic analysis is carried out. Then, a finite element analysis was performed and to validate the results of our model, comparison with a previous research was done and satisfactory results were obtained to continue our research. Once validation is done, parametric study is considered to find out if the parametric factor “γ” has a high influence in joint strength. Several values of “γ” for each joint were calculated numerically with Abaqus CAE and Load/Moment-Displacement/Rotation curves obtained to be compared with design strengths from standards. Results demonstrated that for small values of “γ”, joints had a very good axial and bending capacity and standard design strengths were located nearby the yielding zone. However, for large values of “γ”, reduction of the strength was considerable and standard design strengths were located much more below the yielding zone. This is to avoid local failure which usually occurs before yielding in sections with low axial and moment capacity.