利用有限元法模拟较大桩靴拔出对筒型基础平台地基的影响

自升式钻井船和筒型基础平台都属于浅基础结构物。在完成钻井作业后 ,桩靴较大的自升式钻井船在拔桩中会对筒型基础平台的地基产生一定的影响。利用通用的有限元程序ANSYS软件 ,以渤海 8号自升式钻井船和歧口 17 2筒型基础平台为对象 ,在相同荷载和约束下分 3步模拟了自升式钻井船桩靴的拔出过程 ,就桩靴在拔出过程中对筒型基础平台地基强度的影响进行了三维有限元分析。分析结果表明 ,在设计中将地基承载力提高 10 % ,自升式钻井船就可以在桩靴距筒型基础筒体 12 5m以外作业     

自升式钻井平台筒型桩靴试验研究

为了比较自升式钻井平台筒型桩靴和传统桩靴在插桩过程中的力学性能,在相同截面积和插桩深度条件下分别对2种桩靴模型在饱和粘土和砂土中进行了插桩模拟试验。试验结果表明,在粘土中,筒型桩靴和传统桩靴的插桩阻力均随插桩深度的增加而增大,且插桩阻力最大值相近;在砂土中,筒型桩靴插桩阻力最大值是传统桩靴的0.62倍;筒型桩靴模型在砂土中插桩阻力最大值是在粘土中的4.11倍;传统桩靴在砂土中插桩阻力最大值是在粘土中的6.76倍。该研究结果可为海洋工程实际应用提供参考。     

FPSO典型舱段极限强度

针对浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）主船体货舱区域结构采用Abaqus准静态分析法,考虑材料非线性因素和船舶工作海域实际海况,建立3档强框模型并对其在垂向弯矩和30°艏斜浪作用下的极限承载能力进行研究。采用整船波浪直接计算得到的弯矩幅值响应算子比值确定联合载荷中垂向与水平载荷加载关系。研究表明：在垂向载荷作用下结构抵抗中拱弯矩的能力更强;引入水平载荷后结构抵抗垂向外载荷能力降低且水平载荷对中垂极强弯矩的影响更大,极限弯矩发生时相应结构一般发生大面积的屈曲破坏;水平极限弯矩总是先于垂向极限弯矩出现;舭部结构的存在有效传导了中拱与水平弯矩联合载荷。     

自升式钻井船桩靴建造工艺研究

桩靴是自升式钻井船主要受力结构之一,位于桩腿的下部,桩靴的作用是在钻井船升船状态时,作为支撑在桩腿与海底之间的基础。在升船状态下,整个船体以及桩腿的重量都通过3个桩靴传递到海底,桩靴的使用功能和受力特点决定了桩靴结构强度高,底部投影面积大,形状不规则。本文综合考虑了桩靴的使用功能和受力特点,抓住桩靴建造过程中的关键控制点,结合项目实施经验,对桩靴建造工艺在200英尺(60.96 m)自升式钻井船项目中的运用进行了总结分析。     

自升式钻井平台就位时老脚印对桩靴性能的影响分析

由于受到老脚印影响,自升式钻井平台在老脚印附近位置就位时桩靴不可避免地要受到变化的偏心荷载作用,严重威胁着平台的就位作业安全。对自升式钻井平台在老脚印附近位置就位过程中桩基土体破坏机理受老脚印的影响进行了分析,在此基础上,根据桩靴不同阶段的受力特征将就位过程抽象为4个阶段,并以这4个阶段为4种不同的工况,对老脚印对桩靴结构性能的影响进行了分析。结果表明,自升式钻井平台就位过程中桩靴着力一侧桩腿、弦杆连接区杆件的应力较高;随着桩靴不断压入地层,桩靴底部承载面积增大,桩靴内部构件所受剪切应力显著减小:桩靴压桩至原有老脚印底部,受地层水平向强度分布不均的影响,较硬地层一端的组合应力并未因桩靴与桩基土体接触面积的增大而减小,相反由于端部硬地层的作用而大幅度增大,就位作业时应予重视。     

非连续压载下黏土层中桩靴承载力变化规律

设计了一套自升式钻井平台大桩靴插桩模型试验装置,通过改变桩靴加载过程中的加载速度,观测桩靴承载力与加载速度之间的关系,探讨非连续压载工况下软黏土层中桩靴承载力的变化规律和发生快速下沉的原因。研究结果表明:在软黏土层中桩靴会发生快速下沉现象;土体固结导致土体抗剪强度增加,从而产生的"人工硬层"是桩靴发生快速下沉的主要原因;加载速度对桩靴下沉有较大影响,加载速度越快,桩靴越容易发生快速下沉,因此在工程实际操作过程中可通过降低压载速度来减小穿刺发生的风险。     

两种典型海上升压站基础的坐底稳定性

海上升压站基础的设计受到上部结构、地质条件及环境荷载影响,通常存在两种典型的基础型式,即桩-主导管(传统型式)和桩-套筒(脚靴式)基础。针对两种典型海上升压站基础,从坐底稳定性计算原理出发,结合两个工程实例,开展坐底稳定性研究,并对防沉板布置和型式进行研究。结果表明:两个升压站坐底稳定性均满足设计要求,在不同表层土地质下防沉板布置和型式会较大地影响承载力。     

欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔对邻近桩基承载力的影响

海上自升式钻井平台插拔桩作业一般靠近固定平台,这就不可避免对固定平台桩腿产生一定影响。研究了欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔与邻近桩基竖向承载力的可行性,并且分析了数值模拟中参数选取对桩基竖向承载力的影响。研究表明:当网格划分尺寸为0.25 d (d为桩基直径)、桩基加载速率为5 cm/s、桩长的30%嵌固在拉格朗日体中时,桩基竖向承载力计算结果与API规范计算结果吻合较好;桩靴贯入速度为8 m/s时,桩身弯矩的数值模拟结果与现有离心模型试验结果吻合较好;桩靴插拔后,邻近桩基竖向承载力降低率随着桩靴与桩间距的增大而减小。     

海上大型电气平台筒型基础结构浮稳性

为探究海上大型电气平台底部新型导管架-筒型基础结构整体湿拖的可行性,借助有限元软件展开浮运过程中吃水深度、波浪高度和波浪周期等因素对基础稳性和动态响应影响规律的研究。结果表明：当筒型基础与导管架结构整体在一定吃水深度下且波浪周期在垂向或纵向固有周期附近时,基础可能产生共振现象;筒型基础自身可为包含导管架结构的整体提供足够的浮稳性;在2 m以下波浪高度和5级以下海况条件下,整体结构可进行远距离湿拖浮运。     

海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算

为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算。结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度：对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关;当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30（不考虑土体回流作用）和12.25（考虑土体回流作用）。给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20%左右。图9表2参25     

吸力式桶形基础抗拔承载力特性试验研究

为了了解吸力式桶形基础在饱和粉细砂中的抗拔承载力特性,对不同桶高、不同加载速率下的桶形基础进行了室内小模型抗拔承载力试验。结果表明,桶高和加载速率对桶形基础抗拔承载力有着显著的影响。根据试验结果分析了桶形基础抗拔承载力的作用机理。     

水平动载下粉土地基中桶形基础承载力离心机实验研究

对动载作用下分层土中单桶基础动承载特性、四桶基础动承载特性进行了离心机实验模拟。结果表明,桶顶与粘土面相同时,有上覆粘土层条件下的桶基动力响应较无上覆粘土层条件下的孔压增长小,但沉陷大;桶顶与粘土层下的砂土面相同时比与粘土面相同时的响应大。桶基在动载后的静承载力得到提高。由于液化区的滤波和对动载的衰减作用,发生沉降的范围有限,离桶壁约一倍桶高距离。超孔隙水压从桶基边沿水平向逐渐衰减,从土面开始往下逐渐衰减到零。桶基周围砂土完全液化的厚度随载荷幅值的增加而增加,最大值约为桶高的40%。     

风浪流作用下考虑筒-土接触的吸力筒导管架响应

以中国南海某海上风电吸力筒导管架基础为分析对象,以50 a重现期极端工况为载荷条件,考虑筒-土接触建立全三维有限元模型,对吸力筒导管架的安装角度和结构强度、地基沉降以及筒基承载力进行分析。结果表明,当基础安装方向与浪流作用方向的相对作用角为120°时,基础所受载荷响应最小。地基承载力和基础强度满足要求。在基础及风机安装过程中最大产生0.431 m土体沉降,应为基础预留足够的沉降量。     

等效动冰载下桶形基础的响应

对饱和砂土地基上等效动冰栽下桶形基础的响应进行了实验研究。考察了均匀土层情况下的变形和影响区域，对承栽特性进行了分析。结果表明，由于动冰栽的作用，桶基周围土体逐渐软化甚至液化，土体强度降低，桶逐渐下沉，桶周围影响逐渐扩大，但是变形和影响区的发展逐渐达到一个稳定状态。该稳定状态可以作为工程设计时的一个重要参考。     

深水海上风机吸力桶导管架基础承载特性

针对海洋深水环境,设计适应70 m水深的四桶导管架结构形式,并在此基础上设计相同高度和主腿斜度的三桶导管架基础。采用Abaqus有限元软件建立导管架结构-吸力桶-土体整体有限元模型,通过对比分析探究海上风电深水吸力桶导管架基础的承载力特性。研究发现：吸力桶与土体的位移一致性程度可反映基础水平极限承载力大小,四桶导管架基础的综合承载特性优于三桶导管架基础;加载高度对四桶导管架基础的水平承载力特性有重要影响,基础水平承载力随着加载高度增加逐渐减小;加载方向对四桶导管架基础水平承载力影响较小。     

钙质砂地基中桶形基础垂直动载响应实验研究

首先进行了垂直静极限承载力实验,为确定垂直动载荷幅值的选择提供参考。然后重点针对栽荷幅值和频率的影响进行了系列的室内小模型实验,并对结果进行了分析,获得了垂直动载下桶形基础在钙质砂地基中的响应特点。     

海洋平台桶形基础的设计和变形分析

根据有限元计算结果对桶形基础在各种加载条件下的变形特性进行分析,得到不同加载条件对基础及土变形的影响。     

800t自升式起重平台的结构分析

800t全回转自升式起重平台是目前国内最大的起重平台,在结构上兼具起重船和自升式平台的特点。该平台和传统自升式平台最大的区别是在艉部设置了全回转起重能力800t的大型起重机,除了巨大的吊机自重和起重载荷,还会产生其它载荷效应。因此该类平台的主桁结构、围阱区、抬升装置、桩腿、桩靴及起重机基座结构会承受比传统自升式平台更大的栽荷,对结构的屈服和屈曲强度带来挑战。该文对此平台进行了结构理论分析和有限元计算,详细讨论了起重平台的载荷、变形和应力分布特点,并对该平台的原结构设计提出了优化建议。     

受水流冲刷影响后的吸力桶基础水平极限承载力

以某海域海上风机吸力桶基础为研究对象,采用Abaqus有限元数值模拟软件,考虑基础在不同土层中由水流冲刷导致其周围土体缺失时吸力桶基础的水平承载力。结果表明,桶内土体的缺失对吸力桶水平承载力的影响不大,随着吸力桶基础外周围土体缺失的扩大,其水平承载力逐渐降低,并影响海上风机的正常使用。