随机荷载组合作用下海上导管架基础结构的动力响应分析

在导管架动力学分析中,开展了不同随机荷载组合作用下的导管架动力响应特性研究。基于AR线性滤波法和随机波浪理论及P-M谱对于风速和水质点速度、加速度进行模拟,从而计算得到塔筒所受风荷载与结构所受波流荷载,基于线性叠加法和Turkstra法对随机荷载进行组合,进行不同组合作用下的导管架基础结构的动力响应分析,对塔筒顶部位移及导管架基础顶部位移、加速度进行对比。研究结果表明,海上导管架基础结构在随机风与最大波流荷载的组合作用下,塔筒顶部和导管架基础顶部的动力响应最大,塔筒所受风荷载取值对于结构的动力响应影响较小,可进行简化处理,波流荷载对于结构的影响很大。     

海上风电吸力桶结构分析

针对实际工程条件，创新性地设计一种全新吸力筒形式，并借助SACS软件构建综合考虑土壤影响的吸力筒导管架风机模型。在极端工况下，详细分析该结构的性能。结果表明，在外部极端载荷作用下，导管架结构可满足工程要求，确保结构的整体稳定。采用Abaqus软件对过渡段和吸力筒部分强度进行精确校核，计算结果表明两者的强度均满足设计和使用需求，具备足够的承载潜力和稳定性。分析表明新设计的吸力筒在复杂工程背景下表现出色，为类似工程的设计与优化提供了可靠参考依据，同时也丰富海上风电吸力桶基础的研究与实践。     

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。     

导管架平台的疲劳损伤计算方法研究

导管架平台在服役期间承受风、浪、流、冰的作用,如何准确评估导管架平台在海上复杂环境条件下的疲劳损伤是海洋工程界面临的一大难题。文章结合Miner线性法则、Paris公式和Manson公式,分析了单一谱载荷作用下导管架的疲劳损伤,探讨了随机载荷作用下海上导管架的总疲劳损伤的计算方法,并给出算例。     

导管架过渡段数值分析

为降低海上风机导管架基础重量,通过SACS有限元软件对斜撑式过渡段导管架、箱梁式过渡段导管架进行对比,分析两种导管架的杆件强度、泥面变形和承载力。提出一种改进的翼缘式过渡段,在极限载荷下,相对前两种过渡段结构而言,翼缘式过渡段结构应力小、重量轻。研究内容为导管架过渡段结构设计提供参考。     

海上固定平台导管架桩管屈曲原因及改进措施

根据美国石油协会发布的《海上固定平台的规划、设计和建造推荐作法—工作应力设计》(APIRP2A-WSD)规范,以埕岛西EDC中心平台导管架海上打桩施工为例,对海上固定平台导管架桩管的屈曲原因进行了应力分析和计算,提出了切实可行的改进措施,并顺利地通过实施,为今后导管架的桩管分段设计、安全打桩施工提供了理论基础和事实依据。     

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。     

导管架在拖航过程中风激振动的计算方法

介绍了导管架在拖航过程中风激振动问题的传统计算方法,并应用SESAM有限元软件建立了平台下部导管架有限元模型,根据相关规范计算了整体结构及焊缝节点在周期性风载荷作用下的累积损伤和疲劳寿命,对导管架等高耸结构在风激振动研究中的计算方法提出了改进。     

海上风电导管架结构受损评估与分析

以我国南海海域某施工船舶与海上风电导管架基础发生碰撞的事故为背景,结合当前海上风电导管架结构受损评估分析方法,采用有限元模拟的方式对受损导管架开展剩余强度分析、疲劳分析等研究,计算得到导管架结构受损前后各杆件、节点的应力情况,以及受损构件在疲劳载荷作用下受压、受拉工况的损伤值。结合相关行业规范,对计算结果进行讨论分析,综合评估导管架的受损情况,为下一步修复方案的制定提供依据。分析结果可为后续研究及实际工程提供参考。     

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。     

复杂载荷作用下海上导管架的疲劳寿命研究

研究估算海上导管架的疲劳寿命及可靠性分析具有十分重要的意义。对海上导管架在复杂环境条件和操作条件下的疲劳损伤进行了系统和深入研究,在Pairs公式和Mason公式的基础上进一步推导,将多种载荷对导管架疲劳的影响综合在一起,提出了复杂载荷作用下的疲劳分析公式。Miner法则认为3种载荷作用下导管架的疲劳损伤可以用各自单独作用下的疲劳损伤计算获得,并将具体数据代入公式计算,验证了该方法的正确性。     

2016年第12期导读

<正>本期论文广场栏目中,布置两圈主螺栓的大直径氨合成塔筒体端部连接结构设计一文,针对氨合成塔筒体端部主螺栓超出GB 150.2-2011标准的最大规格,且加工使用十分困难的问题,提出了将主螺栓分为内外两圈布置在筒体端部上,由内外两圈主螺栓共同承受轴向载荷的方法,解决了强度计算问题。一种可拆式吊耳的设计、急冷器的设计及其特点探讨、大型导管架管线试压过程探讨、煤气预热器设计简述、立式搅拌设备带中间轴承搅拌轴的设     

固定式平台上部组块风载荷研究

固定式平台上部组块结构复杂,难以通过统一的公式精确计算平台的风载荷,也难以考量平台模块间的遮蔽和干扰效应。为此,以南海某固定式平台为例,借助国内先进风洞实验室,对平台上部组块进行风洞试验,测定其在全风攻角下的风压分布、各模块的体型系数以及风载荷;并基于CFD技术对其进行数值仿真,将风洞试验结果、数值仿真结果和规范公式计算结果进行对比分析。分析结果表明:风攻角对风压系数、体型系数以及风载荷影响较大,不同风攻角下平台各个模块风压系数和体型系数不同,其值在0.1~2.2范围内变化;数值仿真与风洞试验在计算平台平均风压分布、结构体型系数以及风载荷时比较接近,随风攻角的变化趋势亦基本相同,且仿真结果较风洞结果对风攻角的变化影响反映更加细致。考虑到风洞试验的高昂成本以及模型缩尺的影响,对大型导管架上部组块结构风载荷精细评估时,建议采用数值仿真代替风洞试验。所得结论可为我国导管架平台结构设计和结构安全评估提供参考。     

万吨级导管架建造工艺的实践

海上油气田生产平台的万吨级导管架建造难度大,技术要求和作业风险高.以某海上油气田开发项目的万吨级导管架建造为例,分别对场地区域块布置、模块结构片建造、模块结构片吊装合龙等3个主要的建造步骤进行阐述,并介绍实际应用效果,可为国内外类似导管架或大型基础结构物的设计与建造提供技术支持.     

埕岛油田导管架平台结构的安全评估方法研究

介绍了应用挪威船级社软件SESAM进行海上平台导管架结构安全评估的研究方法和程序,首先对导管架、桩、上部组块的前处理建立有限元模型、加载载荷,然后进行敏感分析和构件重要度分析,最后计算结构失效概率,并给出结论和建议。     

风力发电机塔筒结构的优化设计

塔架是水平轴风力发电机组的重要支撑部分,对机组的安全和经济运行意义重大。本文对风电机组筒式塔架的设计进行了讨论。在塔筒传统结构设计的基础上,运用机械优化设计的相关理论,对塔筒的质量及约束条件建立了数学模型,并通过约束优化中的随机方向法,对一组设计数据进行编程求解,优化得到满足约束条件并使塔筒质量最小的结构参数。     

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。     

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。     

风力发电塔筒在地震和风载下的失效分析

为了研究1.5 MW水平轴风力发电机塔筒在强地震和风力载荷作用下的结构响应和失效模式,根据抗震规范中的两条设计响应图谱选定地震运动的形式和规模,同时根据热带气旋设定风力载荷,对研究模型进行了非线性动力学响应分析,并比较了在风力载荷作用下,塔筒在短周期和长周期地震载荷下的结构性能。结果表明,在强风力载荷作用下,风机塔筒的失效是由塔筒下部塑性铰的形成引起的,这一区域在塔筒承受较大的地面载荷时也是十分关键的。但在一些短周期地震中,由于高阶振动模态的叠加,最终导致塔筒中上部出现失效。虽然长周期的地震往往会导致更严重的结构响应,但是短周期的地震可能会直接导致脆性断裂,在这种模式下,只有中等耗散功率的塔筒全塑性铰会快速发展。基于以上研究结果,对风机塔筒提出了相关的设计建议。     

近海风电机结构动力响应极值预报

鉴于国内外在预报风浪共同作用下近海风电机的极限结构动力响应方面仍然面临挑战的现状,提出用最小二乘法高效精确地求解广义柏拉图分布中的待定参数,预报某5 MW漂浮式风电机塔筒平台接合处的前后向弯矩极值,并用蒙特卡罗仿真和诊断图证明了最小二乘法与传统的矩方法相比的优越性。可为浮式海上风电机的结构设计提供参考。