LNG储罐桩土非线性有限元模拟

在对LNG储罐进行全罐结构分析和安全校核时,通常通过在承台底部或桩身施加等效非线性弹簧等方法来简化模拟土体对上部结构的承载作用,但这种简化的近似方法无法准确地反映桩土之间复杂的相互作用关系。采用三维非线性有限元软件ANSYS对LNG大型储罐的桩基进行桩土作用分析,分析时通过三种方法估算了土体的变形模量,同时考虑了初始地应力和土体宽度的边界效应,并把计算得到的结果与现场试桩实测结果进行比较。研究表明,三维非线性有限元模拟结果与现场实测的荷载-沉降数据拟合度较好;三种方法估算土体的变形模量,方法一(基于多孔介质理论,由压缩模量推算变形模量)的偏差相对最大,方法二(通过标贯击数估算变形模量)的准确性依赖于所选取经验公式的适用性,方法三(通过参数反分析法拟合变形模量)在缺乏原位测试数据时能得到较好的拟合结果;桩侧摩阻力总体随着深度的增加而增大,桩端处附近达到极限值,桩侧土体的总侧摩阻力占总荷载的69.7%,桩端土体的端阻力占总荷载的30.3%。     

双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力计算新方法

基于CEL的桩靴拔桩过程有限元数值模拟分析,总结了双层土中自升式钻井平台拔桩时桩靴极限阻力的影响因素,拟合出一套新的双层土条件下自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式,该公式将桩靴极限拔桩阻力分解为由桩靴上表面极限拔桩阻力、桩靴下表面极限吸附力和桩靴侧面最大摩擦力等3部分相加得到。其中,桩靴上表面极限拔桩阻力计算公式考虑了桩靴面积、土层抗剪强度和硬土层厚度等关键因素,桩靴下表面极限吸附力计算公式考虑了土体固结时间、渗透系数和桩靴入泥深度等关键因素。本文所提出的双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式计算结果与离心机模型试验结果之间的相对误差为8.7%,验证了本文预测公式的正确性。本文研究成果可为自升式钻井平台在双层土复杂地层中拔桩时最大阻力预测提供参考。     

桩筏基础计算与分析

本文通过对一个桩筏基础的分析与设计 ,采用四种方法对该工程作了沉降分析 ,指出了桩筏基础沉降计算中存在的问题 ,同时采用考虑桩土承台共同工作的有限元程序 ,对该桩筏基础作了详尽的分析 ,得出了一些有价值的结论。     

群桩作用下隔水导管可打性试验

结合海洋钻井实际工程情况,开展了群桩模拟试验,研究分析了群桩条件下的桩土相互作用问题,得出了群桩作用对土应力场的影响关系,模拟试验结果对海上隔水导管的施工具有重要的指导意义。     

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。     

自升式平台桩靴承载力研究

自升式平台应用日益广泛,如何预估地基土的承载力以使平台安全作业,是需要解决的关键问题。研究了ABAQUS中土的弹塑性模型及进行数值模拟的条件等内容,应用土力学理论和有限元数值模拟两种方法,对自升式平台桩靴所受的垂向作用力进行对比分析。采用ABAQUS软件研究桩靴入泥深度和贯入阻力之间的变化规律,讨论了土体参数对桩靴贯入阻力的影响规律,得出具有一定意义的结论。     

海底土条件下群桩可打性试验研究

根据海上隔水导管施工的实际状况 ,进行群桩可打性模拟试验 ,分析群桩条件下桩土相互作用的问题 ,得出群桩作用对土应力场的影响。试验结果对海上隔水导管施工具有十分重要的指导意义     

海底土条件下群桩可打性试验研究

根据海上隔水导管施工的实际状况,进行群桩可打性模拟试验,分析群桩条件下桩土相互作用的问题,得出群桩作用对土应力场的影响.试验结果对海上隔水导管施工具有十分重要的指导意义.     

均匀来流中承台相对埋深对复合桩 墩局部水动力及冲刷的影响

桩墩冲刷是海上建筑物安全的最大威胁之一。随着“主墩 承台 群桩”式复合桩墩的广泛运用,承台埋深对 其局部水动力及冲刷的影响尚有待研究。本文基于水动力和泥沙输运模块,构造了均匀来流中具有不同埋深承台 的复合桩墩水动力及泥沙运动的三维数值模型,并利用水槽试验进行验证。在此基础上,对均匀来流中不同承台 相对埋深下桩墩的局部冲刷进行了模拟。结果表明,复合桩墩附近在来流初始时刻的床面最大切应力及最大冲刷 深度随承台相对埋深的增大呈“马鞍型”变化趋势;当相对埋深为1.5时,冲刷深度达到极大值,相对埋深为-1.0 时达到极小值,此时的承台发挥类似护圈的缓冲效用。建议在冲刷剧烈时将复合桩墩的承台上表面埋设在原床面 以下,以减少冲刷程度和防护成本。     

硬土-软土插桩过程数值分析及验证

基于Hossain M S的土工离心模型试验,建立了自升式平台插桩过程的数值模型,根据数值计算结果分析了插桩过程中土壤流动特性以及插桩深度与插桩阻力的关系,并首次对桩靴底部压力分布规律进行研究。利用Hossain M S的试验结果对数值模型进行了验证,数值解与试验值吻合程度较好,说明模型可靠。数值计算结果表明：插桩过程中发生了硬土表面局部隆起、硬土-软土界面变形、空腔形成、土壤回流等现象;硬土、软土的强度比越小,桩靴下方硬土块体积越小,桩靴上方硬土分布越连续、均匀,空腔深度越大;土壤重度越大,桩靴上方硬土回流量越大,空腔深度越小,土壤重度对桩靴下方硬土块形状和体积几乎没有影响;硬土软土的强度比越大、有效重度比越小,发生“刺穿”的可能性越高。桩靴底部压力由内向外先增大、后减小、再增大,证明《海上移动平台入级与建造规范》中桩靴底部压力的线性分布假设与实际不符。图7参12     

水平载荷下群桩效应对导管架平台结构计算的影响

考虑群桩效应,分析了导管架平台在水平载荷作用下桩土间相互作用的计算原理。在AN-SYS软件中结合p-y曲线法,对某导管架平台分别建立了考虑和不考虑群桩效应的非线性有限元模型,以及泥面下6倍桩径处加固支的简化模型。通过对比3者的计算结果,得出群桩效应影响导管架平台结构计算的有关结论。     

大型液化天然气储罐桩基抗震设计中桩-土动力交互作用的影响

大型液化天然气储罐通常采用群桩基础。国内群桩基础抗震设计中,桩体水平及抗弯承载力计算采用的m法仅考虑了上部结构在地震作用下产生的惯性力与桩体及桩侧土的交互作用。而群桩基础抗震设计相关国际标准针对软土地基,还将桩-土动力交互作用的影响纳入了设计考虑。以某220 000 m³预应力混凝土全容罐的桩基设计为例,对比分析了m法设计与考虑桩-土动力交互作用设计的桩身内力计算结果,认为在埋深较大的软土地基或存在深层软弱土夹层的地基中,考虑桩-土动力交互作用设计时,桩体下段确实存在较大弯矩和剪力,不应予以忽略。     

群桩作用下钻井隔水导管入泥深度计算方法研究

减小井距可节约工程费用,但会引起群桩效应而导致拒锤现象发生。通过室内模拟试验和渤海现场模拟试验,分析了群桩效应对隔水导管周围土体力学性质的影响,提出了群桩作用下钻井隔水导管入泥深度的计算方法,并研制出相应的计算软件。该计算方法已在我国海上10多个油(气)田进行了应用,取得了非常好的效果。群桩作用下钻井隔水导管入泥深度计算方法在提高海上作业速度、保证海上作业安全和降低油田勘探开发成本方面有着重要意义。     

管土接触作用下埋地管道力学分析

为了研究管土间作用规律,运用ANSYS软件建立了基于接触单元的三维管土接触有限元模型,分析得到了管周接触应力的分布。给出了管土相互作用计算的弹性解,对比分析得出其与有限元模拟结果非常接近,表明管土接触分析模型能够较好地模拟管土相互作用。计算分析了管道埋深、土体粘聚力、管土摩擦因数、内摩擦角对管土接触应力的影响。     

自升式钻井平台插桩等候时间与拔桩阻力相互影响研究

自升式钻井平台现场作业时可能会出现拔桩困难、周期长等问题,为了提高拔桩效率,对拔桩阻力与插桩等候时间之间的相互影响关系进行了试验研究。以“海洋石油941”平台桩腿和桩靴为原型,选取渤海湾天津海边原状土为试验场地,进行了相关试验。结果表明,拔桩阻力随等候时间的增加而增加,且增加的幅度越来越小,最终趋于稳定;在不考虑拔桩前用高压海水对桩靴上下表面土体冲桩的情况下,当拔桩阻力稳定时,拔桩阻力约为桩腿自重的2倍。     

固桩楔块处桩腿局部应力研究

用有限元法模拟桩腿、楔块和固桩架平台结构的物理特性，通过计算得到楔块处桩腿的局部应力的分布，为桩腿的局部强度分析提供了依据。     

基于拔桩能力的自升式平台海外作业优选

针对某海外项目中可能遇到的钻井平台压载后入泥深度过大和拔桩困难的问题,开展平台优选计算。首先搜集了预定作业井位周围井位的地质勘查资料,利用二次插值法进行作业井位地质勘察数据计算,据此计算了桩脚入泥深度,并根据作业平台结构参数计算了平台的拔桩阻力。为解决平台极限拔桩能力小于拔桩阻力的问题,设计了可控冲桩阀和冲桩系统以消除或减小桩靴底部的吸附力、桩靴侧部土体剪切力和桩靴上部土重。最后将平台拔桩能力与最终拔桩阻力进行对比,给出平台推荐结果。     

受撞浅海隔水管复位分析

介绍了浅海隔水管的特点;通过分析不同土质对桩的摩阻力,分析了桩的横向和侧向承载能力;根据隔水管的实际情况,用ANSYS软件建立了隔水管的有限元分析模型,将隔水管单元和水泥单元统一选为PIPE16、土壤弹簧单元选为COMBIN39,给出了边界条件和载荷的施加方法;实例计算了胜利油田垦东47井隔水管受船体撞击产生16°倾斜后的情况,给出了使隔水管恢复原状所需的拉力,计算结果与实际情况完全吻合,为实际操作提供了理论依据.     

国际规范中桩靴简化处理的合理性有限元验证

现存规范对自升式钻井平台贯入阻力进行计算时,将桩靴等效为与其最大横截面面积相等的扁平圆薄板,转而对扁平薄板进行计算分析。这种方法忽略了桩靴实际外形对贯入阻力的影响,需对此简化方法的合理性进行验证。取4种不同外形的桩靴(其最大横截面积相等),运用ABAQUS有限元分析软件对4种桩靴进行实形建模,并在不同地质条件下采用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)法对其进行插桩模拟。计算结果表明:在相同地质条件下,不同外形桩靴的贯入阻力存在差异,但差值都在10%以内,验证了规范对桩靴简化处理的合理性。     

黏土中海底管线自沉过程CEL有限元法分析

在深水区域,海底管线常直接铺设到海床之上,使得海管在铺设过程中下沉至泥面以下一定深度。准确预测管线安装后的埋深是评价管线侧向稳定性的关键所在,通过CEL有限元法,对海底管线自沉问题进行研究,得到无重均质黏土和有重正常固结黏土中海管下沉阻力和下沉位移之间的关系。研宛表明,CEL有限元法的计算结果与理论解符合程度较好,对模拟管土相互作用问题有很好的适用性,可有效分析海底管线与土体之间的大变形问题。