Structural effectiveness of fixed offshore platforms with respect to uniform corrosion

• Autorzy: Salihu Abubakar O. , Abejide Kolawole , Abejide Olugbenga S. , Kaura Jibrin M. , Aliyu Ibrahim , Adeshina Kehinde , Abejide Olugbenga S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2024.18

Warianty tytułu

PL

Efektywność konstrukcyjna stałych platform morskich w kontekście równomiernej korozji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study presents the structural effectiveness of fixed offshore platforms, addressing the challenges posed by complex loading conditions in marine environments. The structural performance of the fixed offshore platform was assessed using Finite Element Analysis performed in ABAQUS CAE software, with particular focus on the impact of intrinsic stress induced by corrosion and environmental loads such as; wind, waves, and operational activities. The reliability of the fixed offshore platform was also assessed using Monte Carlo’s reliability method. The study utilized advanced design equations to evaluate the structural reliability and rate of corrosion of the fixed offshore platform in order to estimate the safety of the structure. Results indicated that there are high stress values in the beam and column connections and also in the columns due to the effect of depleting cross-sectional area with respect to time and also the intrinsic stresses as a result of the applied loadings. Hence, selecting a high-grade steel and a higher cross-sectional area for structural members with slow the rate of corrosion and also reduce the intrinsic stresses due to the loadings on the structure. This will not only improve the load-bearing capacity but also significantly reduced the risk of structural failure, aligning well with empirical data. Furthermore, the study highlighted the importance of considering the interaction between material properties, connection characteristics, and loading conditions in the design process. These findings contribute to the development of more robust and durable fixed offshore platforms, ensuring their safety and longevity in demanding operational environments.

PL

W artykule przedstawiono skuteczność strukturalną stałych platform morskich, rozwiązując problemy związane ze złożonymi warunkami obciążenia w środowiskach morskich. Wydajność strukturalną stałej platformy morskiej oceniono przy użyciu analizy metodą elementów skończonych wykonanej w oprogramowaniu ABAQUS CAE, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu naprężeń wewnętrznych wywołanych korozją oraz obciążeń środowiskowych, takich jak wiatr, fale i działania operacyjne. Niezawodność stałej platformy morskiej oceniono również przy użyciu metody niezawodności Monte Carlo. W badaniu wykorzystano zaawansowane równania projektowe do oceny niezawodności strukturalnej i szybkości korozji stałej platformy morskiej w celu oszacowania bezpieczeństwa konstrukcji. Wyniki wykazały, że w połączeniach belek i kolumn oraz w kolumnach występują wysokie wartości naprężeń ze względu na efekt zmniejszającego się pola przekroju poprzecznego w stosunku do czasu, a także naprężeń wewnętrznych w wyniku zastosowanych obciążeń. Stąd wybór stali wysokiej jakości i większego pola przekroju poprzecznego dla elementów konstrukcyjnych spowalnia szybkość korozji, a także zmniejsza naprężenia wewnętrzne konstrukcji spowodowane obciążeniami. Nie tylko poprawia to nośność, ale także znacznie zmniejsza ryzyko awarii konstrukcyjnej, co dobrze wpisuje się w dane doświadczalne. Ponadto badanie podkreśliło znaczenie uwzględnienia interakcji między właściwościami materiału, cechami połączenia i warunkami obciążenia w procesie projektowania. Wyniki te przyczynią się do rozwoju bardziej wytrzymałych i trwałych stałych platform morskich, zapewniając ich bezpieczeństwo i długowieczność w wymagających środowiskach operacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

corrosion; finite element analysis; fixed-offshore platform; weld

PL

korozja; analiza elementów skończonych; stałe platformy morskie; spoina

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Advances in Mechanical and Materials Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 41, nr 1
• Strony: 205--220
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Salihu Abubakar O.

• Department of Civil Engineering, Ahmadu Bello University, Zaria, Nigeria

• https://orcid.org/0009-0000-0535-7840

autor

Abejide Kolawole

• Department of Civil Engineering, University of KwaZulu-Natal, Durban, South Africa

• https://orcid.org/0009-0006-1071-5319

autor

Abejide Olugbenga S.

• Department of Civil Engineering, Ahmadu Bello University, Zaria, Nigeria

• https://orcid.org/0000-0002-1515-178X

autor

Kaura Jibrin M.

• Department of Civil Engineering, Ahmadu Bello University, Zaria, Nigeria

• https://orcid.org/0000-0002-3491-5482

autor

Aliyu Ibrahim

• Department of Civil Engineering, Ahmadu Bello University, Zaria, Nigeria

• https://orcid.org/0009-0003-3144-4560

autor

Adeshina Kehinde

• Department of Construction Management, Ulster University, Belfast, Northern Ireland, United Kingdom

• https://orcid.org/0009-0007-8939-338X

autor

Abejide Olugbenga S.

• Council for Scientific and Industrial Research, Brummeria, Pretoria. South Africa

• https://orcid.org/0000-0001-5496-9894

Bibliografia

• 1. Abejide, K., Akadang, O. L. B, & Abejide, O. S. (2022). Stochastic Evaluation of Structural Steel Plates Corrosion in Offshore Platforms. Haya: The Saudi Journal of Life Sciences, 7(5), 163-175. https://doi.org/10.36348/sjls.2022.v07i05.004
• 2. American Association of State Highway and Transportation Officials. (2020). LRFD Bridge Design Specifications (9th Ed.). American Association of State Highway and Transportation Officials. American Institute of Steel Construction. (2024). AISC Student Steel Bridge Competition. https://www.aisc.org/globalassets/aisc/university-programs/ssbc/rules/ssbc-2024-rules_final.pdf
• 3. American Welding Society. (2020). AWS D1.1/D1.1M: Structural Welding Code – Steel (23rd Ed.). American Welding Society. https://pubs.aws.org/Download_PDFS/D1.1-D1.1M-2015-PV.pdf?srsltid=AfmBOoo13mUQ0-yYri65tN1UHx_4NOSb7RFxHbwmXRcrD55Y7rWgV8Ll
• 4. Brijder, R., Hagen, C. H., Cortés, A., Irizar, A., Thibbotuwa, U. C., Helsen, S., Vásquez, S., & Ompusunggu, A. P. (2022). Review of corrosion monitoring and prognostics in offshore wind turbine structures: Current status and feasible approaches. Frontiers in Energy Research, 10, Article 991343. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.991343
• 5. Chen, B. Q., Liu, K., & Xu, S. (2024a). Recent advances in aluminum welding for marine structures. Journal of Marine Science and Engineering, 12(9), Article 1539. https://doi.org/10.3390/jmse12091539
• 6. Chen, M. T., Gong, Z., Cao, H., Zhang, J., Ren, F., Ho, J. C. M., & Lai, M. (2024b). Residual mechanical pro-perties of corroded ultra-high-strength steels and weld metals. Thin-Walled Structures, 205, Article 112397. https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112397
• 7. Dutta, A., Pal, S. K., & Panda, S. K. (2024). Friction stir seam-and spot-welded aluminium honeycombs: Enhanced structural integrity eliminating adhesive bonding challenges. Journal of Materials Processing Technology, 330, Article 118449. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118449
• 8. Elqars, E., Bimoussa, A., Barhoumi, A., Laamari, Y., Byadi, S., Oubella, A., Riadi, Y., Essadki, A., Auhmani, A., & Itto, M. Y. A. (2024). Synthesis and characterization of bis-isoxazoline-thiosemicarbazone as a corrosion inhibitor for carbon steel: Experimental study, and molecular simulation. Journal of Molecular Structure, 1312, Article 138476. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.138476
• 9. European Committee for Standardization. (2023). Hot rolled products of structural steels - Part 4: Technical delivery conditions for thermomechanical rolled weldable fine grain structural steels (EN Standard No 10025-4:2023).
• 10. Ghanadi, M., Hultgren, G., Narström, T., Clarin, M., & Barsoum, Z. (2024). Fatigue assessment of welded joints-size effect and probabilistic approach. Journal of Constructional Steel Research, 221, Article 108884. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2024.108884
• 11. He, Z., He, C., Ma, G., Yang, W., & Kang, X. (2023). Performance assessment of partially corrosion-damaged RC segment incorporating the spatial variability of steel corrosion. Construction and Building Materials, 371, Article 130789. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130789
• 12. Kollár, D. (2023). Numerical modelling on the influence of repair welding during manufacturing on residual stresses and distortions of T-joints. Results in Engineering, 20, Article 101535. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101535
• 13. International Organization for Standardization. (2020a). Petroleum and natural gas industries – Fixed steel off- shore structures (ISO Standard No. 19902:2020). https://www.iso.org/standard/65688.html
• 14. International Organization for Standardization. (2020b). Petroleum and natural gas industries – Specific requirements for offshore structures. Part 3: Topsides structure (ISO Standard No. 19901-3:2020. https://www.iso.org/standard/65041.html
• 15. Pradhan, R., Joshi, A. P., Sunny, M. R., & Sarkar, A. (2022). Performance of predictive models to determine weld bead shape parameters for shielded gas metal arc welded T-joints. Marine Structures, 86, Article 103290. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2022.103290
• 16. Rautiainen, M., Remes, H., Niemelä, A., & Romanoff, J. (2023). Fatigue strength assessment of complex welded structures with severe force concentrations along a weld seam. International Journal of Fatigue, 167, Article 107321. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107321
• 17. Saufnay, L., Jaspart, J. P., & Demonceau, J. F. (2024). Improvement of the prediction of the flexural buckling resistance of hot-rolled mild and high-strength steel members. Engineering Structures, 315, Article 118460. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118460
• 18. Şeker, Ö. (2021). A practical finite element model of tsadwa type semi-rigid connections for push-over analysis of steel frames in SAP2000 [Master's thesis, Izmir Institute of Technology].
• 19. Walter, N. M. B., Lemos, G. V. B., Kieckow, G. S., Buzzatti, D. T., Buzzatti, J. T., Mattei, F., Reguly, A., Clarke, T., Paes, M. T. P., Dalpiaz, G., & Marinho, R. R. (2024). Investigating microstructure, mechanical properties, and pitting corrosion resistance of UNS S32760 super duplex stainless steel after linear friction welding. Journal of Materials Research and Technology, 31, 1637-1643. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.06.191
• 20. Wang, H., Wang, J., Cao, J., Zhao, J., Qian, W., & Du, H. (2024a). Optimization design of main hinge joint structure based on weld failure analysis. Engineering Failure Analysis, 163, Article 108447. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2024.108447
• 21. Wang, L., Qian, X., & Feng, L. (2024b). Effect of welding residual stresses on the fatigue life assessment of welded connections. International Journal of Fatigue, 189, Article 108570. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2024.108570
• 22. Zhou, H., Kinefuchi, M., Takashima, Y., & Shibanuma, K. (2024). Multiscale modelling strategy for predicting fatigue performance of welded joints. International Journal of Mechanical Sciences, 284, Article 109751. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109751

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2026).