DESIGN OF OFFSHORE STRUCTURESFor Practising Engineers and Students

Dr.S.NallayarasuAssociate Professor

Department of Ocean Engineering

Indian Institute of Technology Madras,Chennai - 600036, India

Dr. S. Nallayarasu, Associate Professor in the Department of Ocean Engineering, IITMadras 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 andwas involved in the analysis and design of oshore structures around the world. Duringthe tenure at Aker Singapore as head of Structural Engineering, he has carried out mostchallenging oshore platforms in the Middle East, South China Sea and Indonesia. Theprojects include large topsides with oat-over installation, launch and lift jackets over 100m.He has been involved in the concept development for the ONGC process platform projectsin the west coast of India including review of the nal design. Currently he is working onresearch areas related to oating and xed structures in deep water and investigation onhydrodynamic response of Spar and semi-submersible structures. His publications includenon-circular Spars, hydrodynamic response of Spar hulls with heave damping plates, top ar-ticulated columns, Spar linked with Semi-submersibles and eciency of Spar Hull Geometry.He has guided many post graduate students in the eld of hydrodynamic response of oatingstructures and xed platforms. His current interest includes development of code check pro-cedure for static strength of ring stiened tubular connections, damping elements for oatingstructures using CFD studies and PIV techniques. He is currently teaching subjects suchas Design of Oshore Structures, Materials and Fabrication of Oshore Structures, Foun-dations for Oshore Structures and Installation of oshore Structures. He has conductedShort term course on Oshore Structural Engineering for xed and oating structures forthe industry including Engineers India Limited, Oil and Natural Gas Corporation, SAIPEMItaly, PetroFac Limited, Larsen & Toubro Limited, Technip, France.

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SYNOPSIS

The book has been organised from basics to advanced topics including geometry of xedoshore structures, loads, design methodology, global structural analysis for inservice andpreservice instllation forces. Further, the topics such as design of tubular members and jointsas per latest codes has been addressed. The manuscript has been developed with variousexamples from recent projects.

The specialised topics such as material selection for jacket and deck structures includingcorrosion is addressed. Corrosion protection of such structures using sacricial anodes hasalso been included with examples. Material selection including special properties for jacketnodes has been discussed in detail which will provide information for teh designers.

A chapter containing fabrication facilities, procedure and sequence of fabrication for thejacket and topside facilities is included. This will provide good insight in to specilisedproblems faced by fabricators for oshore structures.

The book also include a chapter on foundation design from basic soil mechanics to thedriveability of the steel pile foundation. Relevant information from recent projects includingpile refusal, remedial measures are included which provides rich practical aspects of thedesign.

The book contains several example problems on topics relevant for the design and practicingengineers which will help them understand the concepts, relevant design methods for use inthe projects. Similalry, the book covers advanced topics such as spectral fatigue analysis,design for accidental loads such as re, blast and ship collision.

The book has updated information suitable to be used with API RP 2A and ISO 19902codes for teh design of xed oshore platform structures.

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Contents

1 INTRODUCTION 21

1.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.2 Types of Oshore Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.3 Fixed Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.3.1 Steel template Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.3.2 Concrete Gravity Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.4 Compliant Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4.1 Compliant Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4.2 Guyed Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.4.3 Tension Leg Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.4.4 Articulated Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.5 Floating Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.5.1 Floating Production System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.5.2 Floating Production, Storage and ooading System . . . . . . . . . . 31

1.6 Subsea System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.7 Fixed Platform Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.7.1 Functional Classication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.7.2 Geometrical Classication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

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Contents Contents

1.7.3 Foundation Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2 LOADS 35

2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.2 Types of Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.3 Gravity Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.1 Dead Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.2 Facility Dead Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.3 Fluid Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.4 Live Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3.5 Drilling Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4 Environmental Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4.1 Wind Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4.2 Wave and Current Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.4.3 Current Prole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.4.4 Marine Growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.4.5 Morison Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4.6 Wave-Current Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4.7 Selection of Wave Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.4.8 Wave Load on a Member . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.4.9 Maximum Global Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.4.10 Buoyancy Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.4.11 Ice Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.4.12 Mud Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.5 Load Estimation and Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

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Contents Contents

2.6 Load Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3 MATERIALS AND CORROSION 61

3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.2 Structural Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.2.1 Structural Member Classication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.2.2 Steel Grades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.2.3 Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.2.4 Chemical Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.2.5 Carbon Equivalent (CE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.2.6 Mechanical Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.2.7 Notch Toughness Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.2.8 Supplementary Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.3 Structural Steel Specications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4 Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4.1 Seawater Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4.2 Factors inuencing corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.4.3 types of corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.4.4 Rates of corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.5 Corrosion Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.6 Cathodic Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.6.1 Sacricial Anode System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.6.2 Impressed Current System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4 GLOBAL STRUCTURAL ANALYSES 77

4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7

Contents Contents

4.2 Structure Geometry selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.3 Geometry Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.3.1 Axis System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.3.2 Joints or Nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.3.3 Members and properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.3.4 Osets and Eccentricities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.3.5 Wish-bone Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.3.6 Dummy Structure Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.4 Foundation Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.4.1 Pile Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.4.2 Soil Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.4.3 Pile Group Eect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.5 Load Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.5.1 Dead Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.5.2 Equipment Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.5.3 Fluid Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.5.4 Drilling Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.5.5 Live Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.5.6 Wind, Wave and Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.6 In-place Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.6.1 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.6.2 Geometry Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

4.6.3 Load Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.6.4 Topsides Load COG Shift Envelope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.6.5 Minimum and Maximum Water Depth . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

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Contents Contents

4.6.6 Maximum Wave Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.6.7 Allowable Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.7 Dynamic Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.7.1 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.7.2 Geometry Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.7.3 Load Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.7.4 Foundation Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4.7.5 Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4.8 Seismic Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.8.1 Design criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.8.2 API Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.8.3 IS 1893 guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.8.4 Response spectra method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.8.5 Seismic co-ecient method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.9 Fatigue Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.9.1 Deterministic Fatigue Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.9.2 Wave Scatter Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.9.3 Spectral Fatigue Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4.9.4 Fatigue Life Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

4.9.5 S-N Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

4.9.6 Stress Concentration Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

4.9.7 Foundation Linearisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.10 Boat Impact Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.10.1 Impact Vessels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.10.2 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

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Contents Contents

4.10.3 Method of Computing Impact Energy Dissipation . . . . . . . . . . . 111

4.10.4 Energy dissipation by member . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

4.10.5 Energy Dissipation by Boat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.10.6 Energy Dissipation by Overall jacket deection . . . . . . . . . . . . . 114

4.10.7 Structural Strength During Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.10.8 Post Impact Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.10.9 On-Bottom Stability Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

5 DESIGN METHODOLOGY 119

5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5.2 Design Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.2.1 FEED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.2.2 Basic Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.2.3 Detailed Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

5.3 Design of Topsides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5.3.1 Platform Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5.3.2 Deck Arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.3.3 Deck Elevations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.3.4 Deck Leg Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.3.5 Beam/Girder Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.3.6 Deck Construction method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.3.7 Deck Appurtenances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.4 Design of jacket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.4.1 Jacket Framing Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.4.2 Lift versus Launch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

10

Contents Contents

5.4.3 Main pile versus skirt pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.4.4 Mudmat arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.4.5 Jacket Appurtenances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

6 DESIGN OF TUBULAR MEMBERS 129

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.2 Factors aecting strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.2.1 Tubular fabrication methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.2.2 Material properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.2.3 Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.3 Ultimate Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.3.1 Section properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.3.2 Boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.3.3 Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.4 Allowable Stress Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.4.1 Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.4.2 Applied Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.4.3 Allowable Stress in Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.4.4 Allowable Stress in Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.4.5 Allowable Stress in Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.4.6 Combined axial compression and bending interaction . . . . . . . . . 134

6.4.7 Combined axial tension and bending interaction . . . . . . . . . . . . 135

6.4.8 Hydostatic Collapse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

6.4.9 Hydrostatic Collapse Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

6.4.10 Axial Load and Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

11

Contents Contents

6.4.11 Optimum Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.5 Load and resistance Factor Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.5.1 Code Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.5.2 Optimum Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

7 DESIGN OF TUBULAR JOINTS FOR STATIC LOADS 141

7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

7.2 Tubular Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

7.2.1 Classication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

7.2.2 Load path dependency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

7.3 Joint geometrical Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

7.4 Static Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

7.4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

7.4.2 Failure Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.5 Design methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

7.6 Parametric equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.6.1 API RP2A (WSD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.6.2 Design Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.6.3 API RP2A (LRFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.6.4 AWS D1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.7 Design method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.7.1 Axial load capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.7.2 Moment capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.7.3 Interaction equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.7.4 Eect of thickened can . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

12

Contents Contents

7.7.5 Design practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.7.6 Strength check (50%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.8 Material Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.9 Special Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.9.1 Grouted pipe-in-pipe joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.9.2 Ring stiened joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.9.3 Overlapped joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

8 DESIGN OF TUBULAR JOINTS FOR CYCLIC LOADS 157

8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.2 Hot spot and stress concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.3 Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.4 Fatigue assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.4.1 Fracture mechanics method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.4.2 Fatigue damage method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.5 S-N curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.6 SCF-Parametric equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.7 Deterministic Fatigue Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.7.1 Wave scatter data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.7.2 Hot spot stress range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.7.3 Fatigue damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.7.4 Factor safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.8 Spectral fatigue assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.8.1 Sea state denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.8.2 Spectral response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

13

Contents Contents

8.8.3 Fatigue damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.9 Grouted pipe-in-pipe joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.10 Ring stiened joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

8.11 Overlapping joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

9 DESIGN FOR ACCIDENTAL LOADS 159

9.1 Accidental Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.1 Theme and Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.2 Safety Evaluation and Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.3 Identication of hazard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.4 Storm, Seismic and Fire Hazard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.5 Aim and Design Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.6 Event Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.7 Direct Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.1.8 Indirect Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2 Design for Fire Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.1 Sources of re . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.2 Fire ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.3 Fire Protection methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.4 Platform Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.5 Steel Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.6 Structural Response to re . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.7 Structural Design criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.8 Design Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.9 Design for Blast Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

14

Contents Contents

9.2.10 Blast over pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.11 Ductility ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.12 Dynamic Load Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.13 Design aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.2.14 Limiting Displacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3 Design for Ship Collision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.1 Vessel size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.2 Impact types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.3 Impact locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.4 Energy dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.5 Impact energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.6 Energy absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.7 API RP 2A recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.8 Global Damage assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.9 During impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.10 Dent model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.11 Dent force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.3.12 Post Impact Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4 Plastic Design Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.1 Plastic Hinge concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.2 Plastic capacity of sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.3 Shape Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.4 Moment-axial force interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.5 Plastic collapse load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.6 Maximum allowable rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

15

Contents Contents

9.4.7 Marshal joint rotation criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.8 Joint capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.9 System analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.4.10 Reserve strength ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

10 FOUNDATION DESIGN 161

10.1 Main Pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.2 Skirt or Cluster Piles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.3 Pile Axial Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.4 Design Factors of Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.5 Pile-Soil Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.5.1 P-Y Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.5.2 T-Z Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.5.3 Q-Z Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.5.4 Pile Group Eect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.6 Pile Driveability analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.7 Pile Design for Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

11 FABRICATION 163

11.1 Fabrication Yard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.1.1 Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.1.2 Quay side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.1.3 Skidways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.1.4 Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.2 Fabrication of tubulars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.2.1 Fabrication of Tubulars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

16

Contents Contents

11.2.2 Tubulars Braces and Cans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.2.3 Tubular Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.2.4 Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.2.5 NDT Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.2.6 PWHT Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.3 Jacket Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.3.1 Jacket Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.3.2 Roll up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.3.3 ttup and welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

12 DESIGN FOR INSTALLATION FORCES 165

12.1 Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.1 Skidded Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.2 Trailer Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.3 Lifted Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.4 Jacket Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.5 Deck Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.6 Ballast Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.7 Loadout arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.8 Loadout procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.9 Design Loads for Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.10Analysis methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.1.11Support settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2 Sea Transportation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.1 Transportation route . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

17

Contents Contents

12.2.2 Weather forecast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.3 Design seastate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.4 Barge selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.5 Cargo Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.6 Transportation methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.7 Classication of barges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.8 Barge Motion Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.9 Barge Motion Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.10Barge Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.11Longitudinal Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.12Barge Flexibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.13 Inertia Loads during transportation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.14Analysis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.15Basic Loads and combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.16Allowable stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.17Sea fastening design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.18grillage design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.2.19Transportation Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3 Lifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.1 Lifting Congurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.2 Jacket Lift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.3 Module and Deck Lifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.4 Single and Doible Hook lifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.5 Lift methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.6 Dynamics of lift system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

18

Contents Contents

12.3.7 Weight control procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.8 Lift load factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.9 Code Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.10Lifting Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.11Lift point design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3.12Spreader bars and Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4 Launching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.1 Weight and bouyancy simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.2 Launch barge characterstics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.3 Launch phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.4 Rigid body dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.5 Parametric study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.6 Launch simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.4.7 Post launch stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5 Upending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5.1 Weight and bouyancy simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5.2 Single hook upending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5.3 Double hook upending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5.4 Upending simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5.5 Hook load limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.5.6 Upending padeye design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.6 Topsides Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.6.1 Deck Module Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.6.2 Floatover installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7 Pile Driving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

19

Contents Contents

12.7.1 Piling scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.2 Main and skirt piles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.3 Pile guides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.4 Pile segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.5 Wave equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.6 Analysis Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.7 Soil Resistance to Driving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.8 Pile refusal criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.9 Pile driving fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.7.10Pile remedial schemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.8 Jacket Leveling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.8.1 Grouting system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.9 Riser Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.10Bridge Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.11Intallation Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

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