API Recommended Practice 2A-WSD

API Recommended Practice 2A-WSD Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design TWENTY-SECOND EDITION | NOVEMBER 2014 | 310 PAGES | $395.00 | PRODUCT NO. G2AWSD22

This recommended practice is based on global industry best practices and serves as a guide for those who are concerned with the design and construction of new fixed offshore platforms and for the relocation of existing platforms used for the drilling, development, production, and storage of hydrocarbons in offshore areas. This publication serves as a guide for the design and construction of new platforms and for the relocation of existing platforms used for the drilling, development, and storage of hydrocarbons in offshore areas. In addition, these guidelines shall be used in conjunction with API 2SIM for the assessment of existing platforms in the event that it becomes necessary to make a determination of the fitness-for-purpose of the structure. Reference in this document is made to the 1989 edition of the AISC Specification for Structural Steel Buildings— Allowable Stress Design and Plastic Design. The use of later editions of AISC specifications is specifically not recommended for design of offshore platforms. The load and resistance factors in these specifications are based on calibration with building design practices and may not be applicable to offshore platforms. Research work is now in progress to incorporate the strength provisions of the new AISC code into API offshore design practices.

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1

Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2

Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3 3.1 3.2

Terms, Definitions, Acronyms, and Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Terms and Definitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Acronyms and Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11

Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Operational Considerations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Environmental Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Site Investigation-Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Selecting the Design Environmental Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Platform Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Exposure Categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Platform Reuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Platform Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Safety Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5 5.1 5.2 5.3 5.4

Design Criteria and Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Loading Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Loads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fabrication and Installation Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 22 23 24 51

6 6.1 6.2 6.3 6.4

Structural Steel Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allowable Stresses for Cylindrical Members. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Combined Stresses for Cylindrical Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conical Transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56 56 57 63 68

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10

Strength of Tubular Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Considerations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simple Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Overlapping Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grouted Joints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Internally Ring-stiffened Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cast Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Other Circular Joint Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Damaged Joints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Noncircular Joints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73 73 73 79 83 84 85 85 85 86 86

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6

Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fatigue Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fatigue Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stress Concentration Factors (SCFs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S-N Curves for All Members and Connections, Except Tubular Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S-N Curves for Tubular Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fracture Mechanics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

86 86 86 88 89 90 93

v

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9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12

Foundation Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Pile Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Pile Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Pile Capacity for Axial Compression Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Pile Capacity for Axial Pullout Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Axial Pile Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Soil Reaction for Axially Loaded Piles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Soil Reaction for Laterally Loaded Piles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Pile Group Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Pile Wall Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Length of Pile Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Shallow Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Other Structural Components and Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Superstructure Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plate Girder Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Crane Supporting Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grouted Pile-to-structure Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guyline System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

104 104 105 105 106 110

11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5

Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Steel Pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Steel for Tubular Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cement Grout and Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corrosion Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

112 112 113 114 118 118

12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8

Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceptual Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bid Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fabrication Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Shop Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Installation Drawings and Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . As-built Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

118 118 119 119 119 120 121 121 121

13 13.1 13.2 13.3 13.4

Welding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Welding Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Records and Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

122 122 123 124 125

14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5

Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corrosion Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Loadout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Records and Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

125 125 131 131 131 132

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15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7

Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transportation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Removal of Jacket from Transport Barge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pile Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Superstructure Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grounding of Installation Welding Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

132 132 133 135 136 139 145 145

16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7

Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inspection Personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fabrication Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Loadout, Seafastening, and Transportation Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Installation Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inspection Documentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

146 146 147 147 147 152 153 154

17 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7 17.8 17.9

Accidental Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Assessment Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Platform Exposure Category . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Probability of Occurrence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Risk Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Blast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fire and Blast Interaction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Accidental Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

155 155 156 158 158 159 160 160 160 160

18 18.1 18.2

Reuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Reuse Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

19 19.1 19.2 19.3 19.4

Minimum and Special Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Loads and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Connections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Material and Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

166 166 167 168 169

Annex A (informative) API 2A-WSD, 21st Edition vs 22nd Edition Cross-reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Annex B (informative) Commentary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Figures 5.1 Procedure for Calculation of Wave Plus Current Forces for Static Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Doppler Shift Due to Steady Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Regions of Applicability of Stream Function, Stokes V, and Linear Wave Theory (from Atkins, 1990; Modified by API Task Group on Wave Force Commentary) 5.4 Shielding Factor for Wave Loads on Conductor Arrays as a Function of Conductor Spacing . . . . . 6.1 Example Conical Transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

25 26 28 30 69

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7.2 7.3 7.4 7.5 8.1 10.1 10.2 10.1 14.1 17.1 B.5.1 B.5.2 B.5.3 B.5.4 B.5.5 B.5.6 B.5.7 B.5.8 B.5.9 B.5.10 B.5.11 B.6.1 B.6.2 B.6.3 B.6.4 B.6.5 B.6.6 B.6.7 B.6.8 B.6.9 B.6.10 B.6.11 B.7.1 B.7.2 B.7.3 B.7.4 B.7.5 B.7.6 B.7.7

In-plane Joint Detailing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Out-of-plane Joint Detailing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Terminology and Geometric Parameters, Simple Tubular Joints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Examples of Chord Length, Lc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Example Tubular Joint S-N Curve for T = 16 mm (5/8 in.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Grouted Pile-to-structure Connection with Shear Keys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Recommended Shear Key Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Connection Design Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Welded Tubular Connections—Shielded Metal Arc Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Assessment Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Measured Current Field at 60 ft Depth Around and Through the Bullwinkle Platform in a Loop Current Event in 1991 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Comparison of Linear and Nonlinear Stretching of Current Profiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Definition of Surface Roughness Height and Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Dependence of Steady Flow Drag Coefficient on Relative Surface Roughness . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Wake Amplification Factor for Drag Coefficient as a Function of K/Cds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Wake Amplification Factor for Drag Coefficient as a Function of K. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Inertia Coefficient as a Function of K. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Inertia Coefficient as a Function of K/Cds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Shielding Factor for Wave Loads on Conductor Arrays as a Function of Conductor Spacing . . . . 198 Example Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Seismic Load Deformation Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Elastic Coefficients for Local Buckling of Steel Cylinders Under Axial Compression . . . . . . . . . . . 213 Comparison of Test Data with Design Equation for Fabricated Steel Cylinders Under Axial Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Design Equation for Fabricated Steel Cylinders Under Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Comparison of Test Data with Elastic Design Equations for Local Buckling of Cylinders Under Hydrostatic Pressure (M > 0.825D/t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Comparison of Test Data with Elastic Design Equations for Local Buckling of Cylinders Under Hydrostatic Pressure (M < 0.825D/t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Comparison of Test Data with Design Equations for Ring Buckling and Inelastic Local Buckling of Cylinders Under Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Comparison of Test Data with Interaction Equation for Cylinders Under Combined Axial Tension and Hydrostatic Pressure (Fhc Determined from Tests) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Comparison of Interaction Equations for Various Stress Conditions for Cylinders Under Combined Axial Compressive Load and Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Comparison of Test Data with Elastic Interaction Curve for Cylinders Under Combined Axial Compressive Load and Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Comparison of Test Data on Fabricated Cylinders with Elastic Interaction Curve for Cylinders Under Combined Axial Load and Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Comparison of Test Data with Interaction Equations for Cylinders Under Combined Axial Compressive Load and Hydrostatic Pressure (Combination Elastic and Yield-type Failures) . . . . 222 Adverse Load Patterns with α up to 3.8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Computed α. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Safety Index Betas, API 2A-WSD, 21st Edition, Supplement 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Safety Index Betas, API 2A-WSD, 21st Edition, Supplement 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Comparison of Strength Factors Qu for Axial Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Comparison of Strength Factors Qu for IPB and OPB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Comparison of Chord Load Factors Qf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 viii

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B.7.8 B.7.9 B.7.10 B.7.11 B.7.12 B.7.13 B.8.1 B.8.2 B.8.3 B.8.4 B.10.1 B.10.2 B.10.3 B.10.4 B.17.1 B.17.2 B.17.3 B.17.4 Tables 4.1 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.1 6.2 6.3 7.1 7.1 7.2 7.3 7.4 8.1 8.2 8.3 9.1

Effect of Chord Axial Load on DT Brace Compression Capacity Comparison of University of Texas Test Data with Chord Load Factor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K-joints Under Balanced Axial Loading—Test and FE vs New and Old API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T-joints Under Axial Loading—Test and FE vs New and Old API. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DT-joints Under Axial Compression—Test and FE vs New and Old API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . All Joints Under BIPB—Test and FE vs New and Old API. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . All Joints Under BOPB—Test and FE vs New and Old API. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Selection of Frequencies for Detailed Analyses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometry Definitions for Efthymiou SCFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basic Air S-N Curve as Applicable to Profiled Welds, Including Size and Toe Correction to the Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S-N Curve and Data for Seawater with CP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Measured Bond Strength vs Cube Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Histogram of the Safety Factors—Tests with and Without Shear Key Connections . . . . . . . . . . . . . Cumulative Histogram of the Safety Factors—Tests with and Without Shear Key Connections . . Measured Bond Strength vs. Cube Compressive Strength Multiplied by the Height-to-spacing Ratio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D/T Ratio vs Reduction in Ultimate Capacity, 1220 mm, 1370 mm, and 1525 mm (48 in., 54 in., and 60 in.) Legs—Straight with L = 18.3 m (60 ft), K = 1.0, and Fy = 240 MPa (35 ksi) . . . . . . . . . . . . D/T Ratio vs Reduction in Ultimate Capacity, 1220 mm, 1370 mm, and 1525 mm (48 in., 54 in., and 60 in.) Legs—Straight with L = 18.3 m (60 ft), K = 1.0, and Fy = 345 MPa (50 ksi) . . . . . . . . . . . . D/T Ratio vs Reduction in Ultimate Capacity, 1220 mm, 1370 mm, and 1525 mm (48 in., 54 in., and 60 in.) Legs—Bent with L = 18.3 m (60 ft), K = 1.0, and Fy = 240 MPa (35 ksi). . . . . . . . . . . . . . . D/T Ratio vs Reduction in Ultimate Capacity, 1220 mm, 1370 mm, and 1525 mm (48 in., 54 in., and 60 in.) Legs—Bent with L = 18.3 m (60 ft), K = 1.0, and Fy = 345 MPa (50 ksi). . . . . . . . . . . . . . .

238 241 242 242 243 243 251 257 273 273 279 279 280 280 288 288 289 289

Exposure Category Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Loading Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Approximate Current Blockage Factors for Typical Gulf of Mexico Jacket-type Structures . . . . . . . Values Coherence Spectrum Coefficients α, p, q, r, and Δ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wind Shape Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Level Criteria and Robustness Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cr Factors for Steel Jacket of Fixed Offshore Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Offshore Design Reference Wind Speed for Drilling Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design Wind Speeds used for Existing Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deck Acceleration During Design Hurricanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Values of K and Cm for Various Member Situations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Safety Factors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limiting Angle α for Conical Transitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Examples of Joint Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometric Parameter Validity Range. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Values for Qu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Values for C1, C2, C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qu for Grouted Joints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fatigue Life Safety Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basic Design S-N Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Factors on Fatigue Life for Weld Improvement Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pile Factors of Safety for Different Loading Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix

18 23 27 38 39 41 47 49 50 50 66 68 69 76 79 81 82 84 88 90 92 96

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9.2 9.3 10.2 11.1 11.1 11.2 11.3 11.4 13.1 15.1 15.2 16.1 17.1 18.1 A.1 A.2 A.3 B.7.1 B.7.2 B.7.3 B.8.1 B.8.2 B.8.3 B.8.4 B.8.5 B.13.1 B.17.1

Minimum Pile Wall Thickness. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Shallow Foundation Safety Factors Against Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guyline Factors of Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Steel Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Steel Plates (Continued) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Steel Shapes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structural Steel Pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Input Testing Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Impact Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guideline Wall Thickness (in SI Units). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guideline Wall Thickness (in USC Units) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Recommended Minimum Extent of NDE Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Platform Risk Matrix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Recommended Extent of NDE Inspection-Reused Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . API 2A-WSD, 21st Edition vs 22nd Edition Cross-reference of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . API 2A-WSD, 21st Edition vs 22nd Edition Cross-reference of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . API 2A-WSD, 21st Edition vs 22nd Edition Cross-reference of Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mean Bias Factors and Coefficients of Variation for K-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mean Bias Factors and Coefficients of Variation for Y-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mean Bias Factors and Coefficients of Variation for X-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equations for SCFs in T/Y-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equations for SCFs in X-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equations for SCFs in Gap/Overlap K-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equations for SCFs in KT-joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Expressions for Lmp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Average Heat Affected Zone (HAZ) Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Required Tubular Thickness to Locally Absorb Vessel Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

x

102 104 111 114 115 116 117 117 123 142 143 150 158 164 170 175 178 240 240 241 260 261 262 263 265 283 287