导管架平台冰激振动响应分析

根据导管架平台的结构特点，建立了导管架平台有限元模型。对其进行模态分析，获得前3阶固有频率和模态振型，计算结果与实测结果相符合，表明导管架平台的有限元模型是准确的。在此基础上，对导管架平台施加风、海流静载荷及动冰载荷，进行导管架平台的动力响应分析，获得了导管架平台各个关键点的位移和加速度响应曲线。     

JZ20—2MUQ型导管架平台相似模型设计研究

导管架平台是一种用于海洋石油开发的固定式平台,在我国渤海、南海的石油开采中发挥着重要作用。由于导管架平台结构庞大,在研究其性能的试验中多以导管架相似模型替代。介绍了基于相似定理量纲分析法的导管架平台相似模型设计全过程,分析了应用相似定理设计相似模型时应注意的问题。根据相似理论的推导计算结果,以JZ20-2MUQ型导管架平台为原型,加工制造了比例为1：50的导管架平台相似模型,为应用模拟试验结果来指导工程设计奠定了基础。     

导管架平台振动响应简化计算方法

针对导管架平台的初始设计阶段,提出了振动响应的简化计算方法。考虑主导管结构和支撑结构,将平台处理为底部固定的自由分布柔性体系,假定平台的质量和刚度沿高度线性分布,考虑导管架的一阶模态振动,采用模态分析方法,建立了导管架的广义振动方程,确定其等效质量、等效刚度和等效阻尼。在此基础上计算34m高导管架平台在波浪、海流及地震作用下的动力响应,并对该方法的适用性进行了讨论。     

导管架平台桩土动力相互作用试验研究

为了研究实际平台在饱和土体中的桩土-结构相互作用,建立了缩比模型的导管架平台桩土相互作用试验系统,采用激振器激励的方式,利用MaCras机械及结构模态分析软件测试了所建导管架模型在不同水深下的自振特性。借助ABAQUS/Standard中的管土相互作用单元对试验模型进行了数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行了对比。对比结果发现,用PSI单元模拟桩土动力相互作用能够获得较高的精度,且建立的有限元模型计算效率较高,相对于桩土实体模型或者等效固支模型来说具有明显的优点。     

导管架海洋平台结构损伤诊断方法研究

基于标量型ARMA模态识别方法和遗传算法,研究了导管架海洋平台的结构损伤诊断方法。针对导管架平台的结构特点,利用模态的方向特点,有效地解决了模态识别误差对损伤诊断的影响。数值算例和物理模型试验表明,该方法的损伤诊断精度较高。     

导管架平台结构多质点简化模型研究

在导管架结构损伤识别与健康监测中,由于受到海洋环境的限制,传感器布置的数量非常少,使得试验模态的自由度数远远小于实际结构有限元模型的自由度数,其在空间上不完备的问题比较突出。根据导管架平台结构的特点,引入平台各层刚体运动的假设,按柔度方法将导管架结构三维有限元模型简化为x、y向平动和绕z轴转动的串联多质点模型,并将其计算结果与有限元模型的结果进行比较。研究结果表明:导管架有限元模型与多质点简化模型在x、y向平动和绕z轴转动的1阶模态参数上两者结果比较接近,绕z轴转动的最大误差为3.055%;而在x、y向平动的最大误差不超过1%。该模型的简化为导管架结构损伤识别与健康监测提供了便利。     

导管架平台冰振特征分析及冰振风险应对措施

冰激振动是威胁海冰区海洋石油导管架平台结构安全的主要因素。为分析导管架平台冰振特征,采用ABAQUS有限元软件对C平台的动力响应进行数值模拟,得到平台的振动模态等参数。结合监测及仿真数据对比分析表明:平台结构基频与平台所处区域冰力频率相近,会产生明显的共振现象。针对导管架平台冰振特征分析结果,提出了包括预警、监测、结构改造及配置冲冰装置等几种应对措施,现场应用显示抗冰效果明显,对冰区导管架平台冰期风险管理有一定指导意义。     

随机波浪载荷作用下ETMD减振系统对导管架平台振动控制的仿真研究

以在役WZ12-1平台为原型建立导管架平台的有限元模型,将沿导管架桩腿分布的载荷转化为等效节点力进行加载,将桩基的作用用弹簧-阻尼单元模拟,忽略导管架附连水质量的影响进行有限元分析。通过构造ETMD减振系统,设置合适的系统参数,分析了随机波浪载荷作用下有、无ETMD减振系统时导管架平台的振动情况。结果表明,ETMD减振系统能够有效控制随机波浪载荷作用下导管架平台的振动。     

海洋导管架在复杂载荷作用下的动态响应

研究了海洋导管架自由振动及复杂载荷作用下的动力学行为。利用ANSYS软件建立海洋导管架平台三维模型,针对海洋导管架的结构及栽荷特点,将导管架结构离散成空间梁和板有限元单元结构,采用结构模态分析和瞬态完全法,编程计算了平台结构在波浪载荷及冰载荷作用下的动力相应,给出了其自振频率和谐响应,绘制了海洋导管架不同部位的变形随载荷参数变化的特性曲线。结果表明,由于海洋导管架所处工作环境特殊,对其进行静动态校核,甚至疲劳分析是非常必要的。     

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。     

导管架平台的动力分析

介绍了导管架平台有限元动力分析的过程。基于大型通用有限元程序MSC/NASTRAN,对导管架平台结构的动力学特性进行了有限元分析,得到了平台的自由振动特性和结构的动力响应,对导管架平台的设计、建造和安全评估有着一定的参考价值。     

波流作用下导管架平台桩基冲刷试验研究

海洋导管架平台桩基冲刷受到环境条件(波浪和海流)、桩径大小和海床表面土体复杂特性条件影响,现场分析极其困难。现有各种桩基冲刷计算理论均建立在一定的简化假设基础上,与实际桩基冲刷状况存在一定程度上的偏差。以JZ20-2MUQ型导管架平台为原型做缩尺模型试验,与理论分析相比,能够更加真实地模拟出桩基冲刷现象以及形成的冲刷坑形态和大小。利用试验测量数据研究了各影响因子对桩基最大冲刷深度的影响,且用Origin数据分析软件对各影响因子的数据进行准确拟合处理,得出导管架平台桩基冲刷在粘土条件下最大深度非线性回归公式,该公式概念清晰,具有很好的实用性,可为基于冲刷的导管架平台桩基设计提供科学依据。     

超强台风下导管架平台结构弹塑性分析

针对超强台风引起的导管架平台甲板上浪载荷,基于三线性上浪载荷时间历程,采用API模型与Stokes 5 th波理论建立了上浪载荷计算方法与流程。在此基础上,应用静力推覆分析方法考察了不同上浪高度下导管架平台结构承载能力与失效模式的变化规律,利用动力弹塑性分析方法探讨上浪高度对导管架平台结构动态特性的影响,结果表明:上浪载荷导致导管架平台极限承载能力降低,当上浪达到一定高度时,平台失效模式由桩基失效演变为导管架顶部失效;平台在弹性和塑性阶段均存在一定程度的动力放大效应,且塑性响应阶段的动力放大效应更加显著。本文研究成果可为我国深水导管架平台的安全评估与优化设计提供参考。     

导管架平台结构动力优化设计

为减轻导管架平台的质量,降低制造费用,对导管架平台进行了结构动力优化,其目标是寻找一组最优的圆钢管的外径和壁厚,使得整个导管架结构的质量最小.在建立了优化模型后,利用零阶法,以动冰载荷作为主要的环境载荷,对导管架平台进行结构动力优化,经过多次迭代计算,获得了显著的优化效果,使导管架的质量下降了22.55%,同时也表明了优化方法的有效性.此方法对于导管架平台结构设计有一定的参考价值.     

随机波浪作用下的平台动力响应分析

随着我国海洋石油开发逐渐由浅海转向深海,工作水深百米以上的深水导管架陆续投入使用,与浅水导管架相比整体刚度较小,而且海况更加恶劣,因此需要进行动力响应分析。本文以某典型深水导管架为例,使用SACS分析软件对开敞水域的波浪P-M谱进行拟合,生成伪随机浪,并通过动力分析模态叠加法得到导管架的动力响应,进而得到动力放大系数,作为静力分析中波流力的放大因子,从而模拟导管架的真实环境荷载。     

基于模型冰试验的多腿柱导管架平台结构最大冰载荷计算新方法——以渤海绥中36-1油田AII井口平台为例

针对绥中36-1油田AⅡ井口平台上部组块载荷不能满足桩基承载力安全系数规范要求的问题,在总结抗冰结构设计实践的基础上,进行了模型冰试验。基于模型冰试验结果,提出了新的多腿柱导管架平台结构最大设计冰载荷的计算方法,解决了设计冰力与实际受力之间差别过大而导致的桩基承载力安全系数不能满足规范要求的问题,对今后井口平台、综合平台基础导管架抗冰设计具有一定的参考价值。     

基于结构非线性的导管架平台地震韧性分析

针对导管架平台抗震分析标准和目前平台抗震设计中存在的问题,提出了一种基于结构非线性的导管架平台地震韧性分析方法。以渤海地区BH平台为例,考虑平台材料非线性,利用p-y方法模拟桩-土之间非线性特性,在韧性水平地震作用下对平台进行动力时程分析,得到了该平台整体位移时程曲线、桩头力时程曲线、地震基底剪力时程曲线等;与常规线性分析方法结果相比,考虑非线性特性进行导管架平台地震韧性分析,该平台整体结构保持完整,满足API规范"不倒塌"的要求,能够明显降低桩基壁厚,对于降低油田开发成本具有重要意义。     

海洋导管架平台结构动力优化研究

应用有限单元法 ,对海洋导管架平台进行了结构动力优化设计。建立了海洋导管架平台结构动力优化的数学模型 ,采用零阶法 ,以动冰载荷作为海洋导管架平台结构的主要环境载荷 ,对锦州 2 0 2MUQ平台进行了结构动力优化计算。优化结果表明 ,平台的重量比原设计方案减轻了2 0 17% ,获得了明显的优化效果。研究结果有较大的工程应用价值 ,可供有关设计人员参考。     

柔性管节点对海洋导管架固定平台非线性分析的影响

引入MSL非线性柔性管节点模型,研究了柔性管节点对导管架固定平台非线性分析的影响。首先对单一管节点进行静力加载的非线性分析,研究管节点柔性特征对自身非线性静力分析的直接影响;然后对二维框架结构系统进行静态非线性倒塌分析,研究柔性管节点对结构系统静力非线性分析的影响;最后对某实际三维导管架平台模型进行模态分析及非线性地震时程分析,以研究柔性管节点对平台整体结构系统动态分析的影响。研究表明,考虑柔性管节点进行海洋导管架固定平台非线性分析时,固定平台的局部和整体刚度均得到了显著的降低,进而影响了非线性强度分析结果及平台设计的经济性,因此建议使用MSL公式。     

导管架平台用钢现状及展望

导管架平台是海洋油气开发的重要设施,国内普遍使用高强度钢设计和建造。随着海洋油气开发的迅速发展,采用超高强度钢材设计的导管架平台开始逐渐应用于200～350 m的较深水域。本文根据导管架平台用钢的要求,从施工环境、动力性能、疲劳性能等影响因素着手,分析了超高强度钢在导管架平台的应用限制,并结合国内外导管架平台用钢材料标准、钢材等级应用现状和国内超高强度钢的生产情况等对未来导管架平台用钢的发展趋势和应用前景进行了展望,认为超高强度钢与高强度钢将一起成为国内200～350 m水深导管架平台导管架和上部组块主要用钢,研发并完善更高强度、厚规格、可焊性好、强耐腐蚀性能的导管架平台用钢是我国今后的重点研究方向。