Design of Offshore Structures - ToC

DESIGN OF OFFSHORE STRUCTURESFor Practising Engineers and Students Dr.S.Nallayarasu Associate Professor Department of Ocean Engineering Indian Institute of Technology Madras, Chennai - 600036, India Dr. S. Nallayarasu, Associate Professor in the Department of Ocean Engineering, IIT Madras has a total of 20 years of experience in Oil and Gas industry, research and teaching. Prior to joining the Department of Ocean Engineering, he was working in the industry and was involved in the analysis and design of offshore structures around the world. During the tenure at Aker Singapore as head of Structural Engineering, he has carried out most challenging offshore platforms in the Middle East, South China Sea and Indonesia. The projects include large topsides with float-over installation, launch and lift jackets over 100m. He has been involved in the concept development for the ONGC process platform projects in the west coast of India including review of the final design. Currently he is working on research areas related to floating and fixed structures in deep water and investigation on hydrodynamic response of Spar and semi-submersible structures. His publications include non-circular Spars, hydrodynamic response of Spar hulls with heave damping plates, top articulated columns, Spar linked with Semi-submersibles and efficiency of Spar Hull Geometry. He has guided many post graduate students in the field of hydrodynamic response of floating structures and fixed platforms. His current interest includes development of code check procedure for static strength of ring stiffened tubular connections, damping elements for floating structures using CFD studies and PIV techniques. He is currently teaching subjects such as Design of Offshore Structures, Materials and Fabrication of Offshore Structures, Foundations for Offshore Structures and Installation of offshore Structures. He has conducted Short term course on Offshore Structural Engineering for fixed and floating structures for the industry including Engineers India Limited, Oil and Natural Gas Corporation, SAIPEM Italy, PetroFac Limited, Larsen & Toubro Limited, Technip, France. 2 A chapter containing fabrication facilities. global structural analysis for inservice and preservice instllation forces. The manuscript has been developed with various examples from recent projects. relevant design methods for use in the projects. remedial measures are included which provides rich practical aspects of the design. The specialised topics such as material selection for jacket and deck structures including corrosion is addressed. The book also include a chapter on foundation design from basic soil mechanics to the driveability of the steel pile foundation. design methodology. Material selection including special properties for jacket nodes has been discussed in detail which will provide information for teh designers. 3 . the topics such as design of tubular members and joints as per latest codes has been addressed. Further. Relevant information from recent projects including pile refusal. The book contains several example problems on topics relevant for the design and practicing engineers which will help them understand the concepts. procedure and sequence of fabrication for the jacket and topside facilities is included. Corrosion protection of such structures using sacrificial anodes has also been included with examples. The book has updated information suitable to be used with API RP 2A and ISO 19902 codes for teh design of fixed offshore platform structures.SYNOPSIS The book has been organised from basics to advanced topics including geometry of fixed offshore structures. the book covers advanced topics such as spectral fatigue analysis. loads. This will provide good insight in to specilised problems faced by fabricators for offshore structures. blast and ship collision. design for accidental loads such as fire. Similalry. 4 . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Articulated Tower . . . . . . . . Storage and offloading System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . 28 1. . . . . . . . . . 32 1. . . .4. .5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1. . . . . . . 21 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Functional Classification . . . . . . . . 22 1. . .4.3 Fixed Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . 30 1. . . . . . . 30 1. . . .4. . . . . . . . . .7. . . . . .1 Floating Production System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.2 Floating Production. . . . . . . . . . 27 1. . . .2 Geometrical Classification . . . . . . 31 1. . .5.1 Steel template Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Fixed Platform Concepts . 27 1. . . .3 Tension Leg Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1. . . . . . . . . . . .5 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . .Contents 1 INTRODUCTION 21 1. . . . 23 1. . . . . . . . . . 28 1. 23 1.6 Subsea System . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . 29 Floating Structures . . . . . . . .2 Types of Offshore Structures . . .1 Compliant Tower . . . 23 Compliant Structures . . .2 Guyed Tower . . . . . . . . . . .2 Concrete Gravity Platforms . . . . . . .1 General . . . . . .4 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . .8 Wave Load on a Member . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . .3 Contents Foundation Concepts . . . .4. . . . . . . 36 2. . . . .4. . . .3. . . . . . . .6 Wave-Current Interaction .3. . . 2 LOADS 33 35 2. . . . . . . . . . . .5 6 . . . . . . .4. . . . . . . .4. . . . .12 Mud Loads . 41 2. . . . . . . . . . . . . .4. . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Facility Dead Loads . . . 37 2. . 54 Load Estimation and Distribution .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Buoyancy Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4 Live Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Morison Equation . . . . . . . . . . .4 Marine Growth . . . . . .3 Fluid Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2. . . . . . . . . 44 2. .3 Current Profile . . . . 50 2. . 53 2. . . . . . 37 2.3. . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . .2 Types of Loads . . . 37 2. . . . 36 2. . .1 Dead Loads . .7 Selection of Wave Theory . . . . . . . . . 36 2. . . . . . . . . . . . . .3 Gravity Loads . . . . . .4 2. . . . . . . . . . . . . . . 37 Environmental Loads . . . . . . . . . .5 Drilling Loads . . 43 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2. . . . . . . . . . . . . .Contents 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . . 55 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Ice Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Wave and Current Loads . . . . . . . . . . . . . . 35 2. . 51 2. . . . . . . . . .9 Maximum Global Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2. . . . . . .4.3. . . . . .1 General . . . . . . . . . . . . . . 36 2. . . . . . . . . . . . . .1 Wind Loads . . . . . . .4. . . . . . . . . . . .6 Cathodic Protection .2. . . . . . . . . . . . . . . . . .6. . . . . . .8 Supplementary Requirements . . . . . . . .2. .2 Impressed Current System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6. 62 3. . . 62 3. . . . . . .1 Structural Member Classification . . . . 64 3. .2 Structural Steel . . . . . . . . . . . .2. . . . . . 73 . . . .2. . .4 Corrosion . . . .4 Chemical Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . .2. . . . 65 3. .7 Notch Toughness Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3. . . . . . . . . . . .2 Factors influencing corrosion . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . .6 Mechanical Requirements . . .1 Seawater Corrosion . . . 65 3. 3 MATERIALS AND CORROSION 57 61 3. . . . . . . . . . .2 Steel Grades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Rates of corrosion . . . . . . . 70 3. . . . . . . . . .1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Contents 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3. . . 7 77 77 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 GLOBAL STRUCTURAL ANALYSES 4. 64 3. . . . 65 3. . . . . . .4. . . . . . .3 types of corrosion . . . . . .3 Manufacturing 64 3. . . . .6 Contents Load Combinations . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Sacrificial Anode System . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . 65 3. 68 3. . . . . . .3 Structural Steel Specifications . . . 65 3.5 Corrosion Protection . . . . . . .5 Carbon Equivalent (CE) . . . 69 3. . . . . . . . . . . . . . . .1 General . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . 66 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3. . . . . . 65 3. . . . . . . . Wave and Current . . . . . . 94 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Geometry Simulation . . 92 4. . . .3 Members and properties . . . . . . . . . . .1 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 4. . . . . . . . . . . . . . . . 96 4. .2 Soil Simulation . . 79 4.4 Offsets and Eccentricities . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Structure Geometry selection . . . . . . . .4. 79 4. . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . 90 4. . . . . 82 4. . . . . . . . . . . . . . . 78 4.5. .5 Minimum and Maximum Water Depth . . . . . . . 91 In-place Analyses . . . . . . . .3 Load Simulation . . .6 Wind. . . . . . . . . . . . . . . . .6. .3 Pile Group Effect . .3. . 85 4. . . . . . .3.3. . .5. .5. . . . . . . . . . . . . . 87 Load Simulation . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Drilling Loads . . .6. 90 4. . . . . . 81 4. . . . . .6 8 . . . . . . . . . 87 4. . . . . . . . 92 4. . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Equipment Loads . . . .5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . .6. . . . . . 80 4. . . . . . . . 91 4. . . . .6 Dummy Structure Models . . .6. . . . . . . . . . . . . . 96 4. . . . . . . .5 Wish-bone Connections .2 Geometry Simulation . . . . . . . . . . . . . . . .5. . . . . . . . 90 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Dead Loads . . . . . . . . . . . . .3 Fluid Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4. . . . . . . . . . . . .1 Pile Modelling .5 Live Loads . . . . .4. . . . . 85 4. 84 Foundation Simulation . . . . .Contents Contents 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Joints or Nodes . . . 95 4. . . . . . 91 4. . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.6. . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Axis System . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Topsides Load COG Shift Envelope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Foundation Linearisation . . . . . 100 4. . .Contents 4.4 Foundation Simulation . . . . . . . . .9. . . . . . . . . . . . . . . . . 108 4. . .7. . . . . . . 105 4. . . . . . . . . . . . .1 Principle . . . . . . . 99 Seismic Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Fatigue Analysis . . . . . . . . . . . .9 Contents 4. . . . 100 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9. . . . .1 Deterministic Fatigue Analysis . . . . . . .2 Wave Scatter Data . .5 Solution . . . . .2 API Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 4. . . . .8. . . . . . .10. . . .7 Allowable Stresses . . . . . . . . . . . 101 4. . . . 110 4. . . . . . . . .7. . . . . . . . . 97 Dynamic Analysis . . .4 Response spectra method . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4. . . . . . . . . . . . . . . .6. . . . . . . . . . . . . . . . 111 9 . . . . . . 97 4. . .9. . . . . . . . . . . 106 4. . . . . . .7 4. . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4. . .6 Stress Concentration Factors . . . . . . . . .3 Spectral Fatigue Analysis . . 100 4. . . . . . . . . . . . . . . . .10. .8. 100 4. . . . . . . . . 109 4. . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4. . . . . . . . . . . . . . . . .9. . . . . . . . . . . . .4 Fatigue Life Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Impact Vessels .3 Load Simulation . . . . . . . . . . . .8. . . 96 4.7. . . . . 97 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Principle . . . . . . . . .8. . . . . . . . 99 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8. . . . .9. .5 Seismic co-efficient method . . . 110 4. . . . . . . .5 S-N Curves . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Boat Impact Analysis . . . . .6. . .1 Design criteria .9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 IS 1893 guidelines . . . . . . . . . . . . . . . 97 4. . . . .6 Maximum Wave Loads . . . 97 4. . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . .2 Geometry Simulation . . . 100 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . .3. . . . 126 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . 128 10 . . .10.Contents Contents 4.4 Energy dissipation by member . . . . . . 126 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 5.2 Basic Design . . . . . . . . . . . . .3 Detailed Design .4 Deck Leg Sizing . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . .6 Deck Construction method . . .3.1 Platform Geometry . 125 5. . . .3. . . . . . . . . . 111 4. .8 Post Impact Analysis .6 Energy Dissipation by Overall jacket deflection .7 Structural Strength During Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . .10. . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Beam/Girder Selection . . . . . . .2 Lift versus Launch . .10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Deck Appurtenances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10. . . . . . . . . . . . . . . .2 Deck Arrangement . . . . . 114 4. .3. . . . . . . . . . . .10.2 Design Stages . . . . . . . 119 5. .9 On-Bottom Stability Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . 126 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . 114 4. . . . . . . . . 128 5. . . . . . . . . . . . . . . .10. . . . 120 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 4. . . . . . . . .3 Method of Computing Impact Energy Dissipation . . . . . . 125 5. 126 5. . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5 DESIGN METHODOLOGY 119 5. . . . . 126 Design of jacket . . 114 4. . . .4 5. . . . . . . . . . . . . . . . 121 Design of Topsides . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4. . . . . . . . . . .1 Jacket Framing Concepts . .1 FEED . . .1 General . . . . . . . . . . . . .3 5. . . . . . . .5 Energy Dissipation by Boat . . . . . .3 Deck Elevations . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5. . .10. . . . . 126 5. . . . . . 130 6. . . . . . . . . . . . . . 135 6. . .1 Section properties . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . .3. . . .9 Hydrostatic Collapse Rings . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6. . . . . . . . 128 5. 129 6. . . . . . . . .4.3 Allowable Stress in Tension . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6. .10 Axial Load and Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . 130 6. . . . . . . 130 Allowable Stress Design . . . . . . . . . . . .6 Combined axial compression and bending interaction . . . . . . . . . . . . . 130 6. . . . . . . . .2. . . . . 132 6. . . . . . . . . .2. . . . . . . .3 Imperfections .4. . . . .5 Jacket Appurtenances . . . . . . 134 6. . .4. . . . . . 130 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 6. . . . .3 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . 134 6. . . . .7 Combined axial tension and bending interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Tubular fabrication methods . . . . . . . . . . . . .4. . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6. . . . . . .Contents Contents 5. 135 6. . . . . . .3. . . . . . . . . . 137 11 . . . . .8 Hydostatic Collapse . . . . . . . . 130 Ultimate Strength . . . . . .2. .4. . .1 Principles .4 Mudmat arrangement . . . . . .4. . . . . . . 132 6. . . . . . . . . .2 Factors affecting strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Applied Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Boundary conditions .2 Material properties . . . . . . . . . . . . . .4 Allowable Stress in Compression . . . . . . . . . . . . . . 130 6. . . . . . . . . . . . .5 Allowable Stress in Bending . . . . . . . 136 6. . .3 Buckling . 130 6. . .4. . . . . . . . . 128 6 DESIGN OF TUBULAR MEMBERS 129 6. . . . . . . . . .3 Main pile versus skirt pile .1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . .4. . . . . . . . . . . .11 Optimum Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7. . . . . . . . 153 7. .6. . . . . . . . . . . . 146 7. . . . . . . . . . . . . 155 7. . . .6. 146 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Design Practice . . . . . . . . . . . . . . . 146 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Joint geometrical Parameters . . . . . . 139 7 DESIGN OF TUBULAR JOINTS FOR STATIC LOADS 141 7. . . . . . . . . . . . .3 API RP2A (LRFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. . . . .3 Interaction equation . . . . . . . 141 7. . . . .5 Load and resistance Factor Design . . .5 Design methodology . . . .1 Introduction . . . .1 Axial load capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. . . . . . . . .7 7. .4 AWS D1. . . . . . . . . . .4. . . . . . . 146 7. . . . 155 7. . . . .1 Code Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Load path dependency . . . . . . .6 Parametric equations . 155 Design method . . . . . . . .1 . . . . . .1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.1 Classification . . . . . . . . . . .6. . . . . . . . . . . .2 Moment capacity . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . 141 7. . . . .2 Optimum Design . . . .2 Tubular Joints . . . . . . . . . . .4 Static Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7. 155 12 . . . . .6. . . . .4. . . . . . 151 7. . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7. . . . . . . . . . . . . .1 API RP2A (WSD) . . . . . . .Contents Contents 6. . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7. . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . 139 6.4 Effect of thickened can . . . . . . . .2. . . . . . .2 Failure Modes . . 155 7. . . . . . . . . . . . . . . . 150 7. . . . . .7. . . . . . . . . . . . .3 Fatigue damage . . . .8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7. . . . . 158 8. . . . . . . . . . .1 Grouted pipe-in-pipe joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 8. . . . . . . . . . . 158 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Deterministic Fatigue Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . .3 Overlapped joints . . . . . 155 8 DESIGN OF TUBULAR JOINTS FOR CYCLIC LOADS 157 8.9. 158 8. . . . . . 158 8. . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Strength check (50%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 8. . . . . . . . . . . . . . .1 Sea state definition . . . . . . . . . . . . . . . .2 Fatigue damage method . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Spectral fatigue assessment . .9 Special Joints . . .2 Hot spot and stress concentration . .4. . . . . . . . . .8. . . . . . . . . .7. . . .1 Fracture mechanics method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 8. . . . . . . . . . . . . . . . . .6 SCF-Parametric equations . . .4 Fatigue assessment . . . . . . 158 8. . . 158 8. . . . . . . . . . . . 158 8. . . . . . . . . . . . . . . .9. . . . . . . . . . . . . .1 Introduction . 158 8. . . . . . . . . 155 7. . .1 Wave scatter data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Contents Contents 7. 155 .5 Design practice . . . . 155 7. . . . . . . . . . . . . 155 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. .5 S-N curve .2 Ring stiffened joints 7. . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . .8 8. . . . . . . . . . . . . .8 Material Properties . . . 158 8. . . . . . . 158 8. . . . . 158 13 . . . . . . . . . . . . . . 158 8. . . . . . .4 Factor safety . . . . . . .2 Hot spot stress range . . . . . . . . .9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Spectral response . . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Contents Fatigue damage . . . . . . . . . . . . . . .4 Storm. . . . . .1 9. . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . 160 14 . . . . 160 9. . .2. . . . . . . . . . . . . . . 158 8. . . .2. . . . . . . .3 Identification of hazard . . . . . . . . .1. . . . .1. . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . 160 9. . . . . . . .1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Fire Protection methods . . . .1. . . . . .1 Theme and Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Safety Evaluation and Implementation .4 Platform Layout . . . . . . . . . . . 160 9.3 8. . . . . .1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . Seismic and Fire Hazard . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . 160 Design for Fire Load . 158 8. . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . .11 Overlapping joints . . . . .1 Sources of fire . . . . . . . . . . .7 Structural Design criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Fire ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . 160 9. . . . . . . . 158 9 DESIGN FOR ACCIDENTAL LOADS 9. . .5 Steel Properties . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. .8. . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . .5 Aim and Design Approach . . . . . . . .2. . . . 160 9.2. . . . . . . .8 Indirect Design . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . .6 Event Control .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . 160 9. . . . . .9 Design for Blast Load . . . . . . . . .Contents 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . . . . . . . . . . . .2. . .6 Structural Response to fire . . . . . . . . 158 Grouted pipe-in-pipe joints . . .1. . . . . . . . 160 9. .7 Direct Design . . . . . . .8 Design Methods . . . . . . . . . .10 Ring stiffened joints . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . .2 159 Accidental Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Impact types . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . .1 Plastic Hinge concept . . . . . . . . . . . . . . . . .3. 160 9. . . . . . . . .3. .2. .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Plastic Design Concepts . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . .4 Moment-axial force interaction . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . 160 9. . . . .3 Design for Ship Collision . . . . . . .3 Shape Factors .12 Post Impact Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.3.13 Design aspects . . . . . . . .10 Blast over pressure . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. 160 9. . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . .2 Plastic capacity of sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Maximum allowable rotation . .11 Dent force . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . 160 9. . . . . . .4 Energy dissipation . . . . .3. . . . . . 160 9. . . 160 9. . 160 9.14 Limiting Displacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . .11 Ductility ratio . . . . . . . . .6 Energy absorption . . . . . . . . . .3. . . . .4. . 160 9. . . . .7 API RP 2A recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.9 During impact . . . . . . . . . .5 Plastic collapse load . .4. . . . . . . . . . . . . . . .1 Vessel size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Global Damage assessment . . . . . . . . . . . . . . .Contents Contents 9. . . . . 160 15 . . . .3. . . . . . .2. . . . .3 Impact locations . . . . . . . . 160 9. . . . .12 Dynamic Load Factor . . . . . . . . . . . . 160 9. . . .2. . . 160 9. 160 9. .5 Impact energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . 160 9. . . . . . .3. . . . . . . . . .10 Dent model . . . . . . . . 3 Skidways . . . . . . . . . . . . . . 160 9. . . . . . . 162 10. .10 Reserve strength ratio . . . . . . . . .1 Main Pile . . . . .2 T-Z Simulation . . . . . . . .1. . .5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. .2 Skirt or Cluster Piles . . .2 Fabrication of tubulars . . . . . . . . . . . . . .5. . . . . 164 11. . 164 11. . . . 162 10. . . 162 11 FABRICATION 163 11. . . . .5 Pile-Soil Interaction . . . . . . 160 9. . .1. . . . . . 162 10. . . . . . . . . . . . . .1. . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . .5. . . 162 10.7 Pile Design for Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Pile Group Effect . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10. . . . . . . . . . . . 164 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . 160 10 FOUNDATION DESIGN 161 10. . . . . . . .4. . . .6 Pile Driveability analysis . . . . . . . . . . . . . . .4 Design Factors of Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10. . .3 Pile Axial Capacity . . . . . . . . . . . . . . 162 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Quay side . . . . .1 Fabrication Yard . . . . . . .4 Equipment .5. . . . . . . . . . . .9 System analysis . . 164 11. 164 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 11.Contents Contents 9. . . 162 10. . . . . . . . 164 16 . . . . . 162 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Fabrication of Tubulars . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. .8 Joint capacity . . . . . . . .3 Q-Z Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Marshal joint rotation criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 P-Y Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . . .1. . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . 166 12. . . .Contents Contents 11. . . .2. . . . . . . . . . . .3 Tubular Joints . . . . . . . . .6 Ballast Plan . .1. . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . 166 12.2 Roll up . . . . . . . . . . . . . . 164 11. .3 fittup and welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . .1 Jacket Assembly . . .1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Design Loads for Loadout . . . . . . . . . . 164 11. . . . . . .1. 164 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . . . . . . . .5 NDT Requirements . . . . . . .4 Jacket Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . .2. . . . . . . . . . . . 164 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 11. . .1. 166 17 . . . . . . . . 164 12 DESIGN FOR INSTALLATION FORCES 165 12. . .2 Sea Transportation . . . . . . . . . . . . .2 Tubulars Braces and Cans . . . 164 11. . . .3. .3 Jacket Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . .3 Lifted Loadout . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . 166 12.5 Deck Loadout . . . .1 Loadout .2 Trailer Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Loadout procedure . . . . . . . . . . . . . . . .1 Transportation route . . . . . . . . . . 166 12. . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . 166 12. . . . . . . . . . . . .1. . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . .11 Support settlement . . .1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 11.6 PWHT Requirements . . . . . . . . . . . . .1. . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . .10 Analysis methods . . . . . . . . . .7 Loadout arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 11. . .1 Skidded Loadout . . . . . . . .4 Welding . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . .18 grillage design . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . .11 Longitudinal Strength . . 166 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Transportation methods . . .2. . . . . . .2 Weather forecast . . . 166 12. . . . . . .2. . . . . . . . . 166 12. . . . . . .4 Single and Doible Hook lifts . . . .2. . . . . . . .3. . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . .5 Lift methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . .2. . 166 12. . . . . . .19 Transportation Fatigue . . . . 166 12. . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . .2. . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. .7 Classification of barges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Lifting . . . .2. . . 166 12.16 Allowable stresses . . . .13 Inertia Loads during transportation . . . . 166 12. . . 166 12. . . . 166 12. . . . . . . . . 166 12. . . . . . .14 Analysis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Barge Flexibility . .4 Barge selection . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Barge Motion Analysis . . . . . . . . . . . . . . .1 Lifting Configurations . 166 12.2. . 166 12. . . . . . . . . . .3 Module and Deck Lifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . .15 Basic Loads and combinations . .8 Barge Motion Criteria . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Cargo Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . .3 Design seastate . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . .2.3. . . . . . . . . . . . . .Contents Contents 12. . .2. . . . .2. . .6 Dynamics of lift system . . .17 Sea fastening design . .10 Barge Stability . . . . . . . . 166 12. . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . .3. . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Jacket Lift .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Code Provisions . . . . .1 Weight and bouyancy simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . .6 Upending padeye design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Parametric study . . . . . . . . 166 12. . . 166 12. . . 166 12. . 166 12. . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Hook load limitations . .1 Deck Module Installation . . .2 Single hook upending . . 166 12. . . . . . .7 Post launch stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . .7 Pile Driving . . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . 166 12. . . . . . . . .5. . .12 Spreader bars and Frames . . 166 12. . .3 Double hook upending . . . . . .3. . . . . . .11 Lift point design . . . . . . . 166 12. . . . . .5. . . .5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Contents Contents 12.3. 166 12. . . . . . . . .2 Floatover installation . . . . .5. . . . . . . . . . .8 Lift load factors .3. . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . .4 Upending simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Launching . . . . . . 166 12. . . . .7 Weight control procedure . . .6. . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Upending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. . . .4. . . . . . . . . .4. .6.4 Rigid body dynamics . . . . .3 Launch phases . . . .6 Launch simulation . . . . . 166 12. . . . . . . . .3. . . . 166 12. . . .6 Topsides Installation . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. .10 Lifting Analysis . .1 Weight and bouyancy simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . .5. . . . . . . . . 166 12. . . . . .4. . . . 166 19 . . . . . .4. . . . . . . 166 12. . . . . . 166 12. .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12.2 Launch barge characterstics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . .10Bridge Installation . . . . . . . . . . . . . . .7. . . .6 Analysis Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. 166 12. . .10 Pile remedial schemes . .7. .Contents Contents 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Pile driving fatigue . . . . . . .5 Wave equation . . . . . . . . .7 Soil Resistance to Driving . . . . . . . . . . . . .1 Piling scheme . . . . . . . . . . . 166 12. 166 12.7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8. . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . .8 Jacket Leveling . . . . . . . . . . . . . 166 12. . . . . . . .3 Pile guides . . . . . . 166 12. . 166 12. . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . 166 12. . . .1 Grouting system . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . .2 Main and skirt piles . . . . . .7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . .11Intallation Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. . . . . . . .7. . . . . 166 20 . . . . . .9 Riser Installation . . . . . . . . 166 12. . . . . . . . . . . . . . . . .8 Pile refusal criteria . . . . . . .4 Pile segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 12. .