沉入式大圆筒码头稳定性有限元强度折减法分析

由于作用荷载复杂,沉入式大圆筒码头结构设计计算需要考虑不利情况下的各种荷载组合,难以应用现有的有限元加载系数法进行稳定性分析。有限元强度折减法目前已广泛应用于土体边坡稳定性分析。沉入式大圆筒结构的抗滑、抗倾稳定性是靠地基土的嵌固作用来维持的,可通过弱化土体强度来实现对结构极限破坏状态的模拟。在此假设基础上,建立沉入式大圆筒码头稳定性分析的有限元强度折减法。结合某工程实例,利用有限元强度折减法分析沉入式大圆筒码头结构的稳定性。强度折减法只需对土体的强度进行弱化,操作方便,克服了加载系数法的缺点,适用于码头等作用荷载复杂的结构物稳定性分析。     

复合加载下桶形基础循环承载性能数值分析

作为一种新型基础形式,吸力式桶形基础除了承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用之外,往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及其力矩等其它荷载分量的瞬时或循环作用。对复合加载模式下软土地基中桶形基础及其结构的循环承载性能尚缺乏合理的分析与计算方法。应用Andersen等对重力式平台基础及地基所建议的分析方法,基于软黏土的循环强度概念,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,将软土的循环强度与Mises屈服准则结合,针对吸力式桶形基础,基于拟静力分析建立了复合加载模式下循环承载性能的计算模型,并与复合加载作用下极限承载性能进行了对比。由此表明,与极限承载力相比,桶形基础的循环承载力显著降低。     

半潜平台总体强度分析及方案改造研究

在完成某半潜平台的总体强度分析并实施总装建造后,由于船级社标准的提高及平台工作海域的提升,需对半潜平台进行技术方案改造。根据刚架梁理论及基础设计原理,采用空间刚架梁组合模型快速地评估改造方案的总体屈服屈曲强度。通过试验数据对比和空间撑杆结构力系传递效果以及总体杆件稳定性校核结果对比,确定比较合理的改造方案。对支撑结构与主体结构连接处及支撑管交叉点处进行细化设计并加强。结果表明该平台总体屈服屈曲强度满足规范要求,采用简化方法评估平台改造方案有利于快速实现结构方案的改造优化,为业内平台的设计和改造提供重要的工程参考。     

水下挤密砂桩加固海上风电重力式基础地基研究展望

文章针对软土层厚度10m 左右下伏基岩的地层结构,从控制海上风机垂直度和经济性角度论述水下挤密砂桩加固重力式风电基础地基的优势,分析水下挤密砂桩加固黏性土及砂性土地基的机理。结合风电实例工程,依据最不利荷载组合对水下挤密砂桩复合地基承载力、稳定性和沉降进行了详细计算,并提出了保证重力式基础不均匀沉降的措施。结果表明:采用水下挤密砂桩复合地基加固软弱土层可以满足重力式基础承载力及不均匀沉降的要求。     

海堤分期施工预压的试验及其观测与分析

本文介绍了东海塘试验堤的分期填筑预压、现场测试及分析计算成果。表明地基的实测沉降量大于常规计算的沉降量;实测孔隙水压力证明地基浅层已发生排水固结,其消长规律可用以判断地基的固结度;地基强度增长的估算,用改进的单向排水固结计算方法,算得的强度与实测十字板强度比较接近;稳定分析采用分期分区的实测强度,经过电算,能反映实际情况。本文还介绍用有限元法计算变形和孔隙水压力得到的较好结果。最后对其他有关问题也进行了讨论。     

黄河口区潮间带地基工程地质条件的调查研究

本文是青岛海洋大学地质系首次对黄河口区潮间带地基工程地质调查研究的成果。通过区域工程地质调查,钻探取样,现场标贯试验,十字板测试,粘着性试验,压载试验,土工试验、振动三轴试验,粘土矿物分析及微结构研究,探明了沉积物分布规律、工程特性参数指标(粒度指标:d10、d30、d60、Cu、Cc,物理性质指标:W、r、e、D,力学性质指标:抗剪强度,容许承载力)及工程特性的形成机理,并对砂土液化洼及地基稳定性进行了工程地质评价。     

自升式平台水平偏移的数值模拟方法研究

自升式平台的水平偏移会增加作业难度,严重时降低平台的坐底稳定性。基于平台主体发生水平偏移U的原因,将水平偏移分成三部分:桩腿弯曲引起的水平偏移Ub,桩靴转动引起的水平偏移Ur以及桩靴平移引起的水平偏移Ud。利用有限元软件ABAQUS建立圆柱腿自升式平台-地基耦合模型,考虑桩土之间法向挤压、切向摩擦的接触关系,利用Coulomb定律计算摩擦力。利用子程序DLOAD实现波浪力的加载,波浪采用Airy波模型。针对桩周无回填土体、桩周土体未完全固结以及固结完成三个阶段,探究桩靴直径、回填土强度、以及埋置深度对U,Ud和Ub的影响。并与中国船级社《海上移动平台入级与建造规范》(2005)中推荐的方法进行对比。最后给出了相关的结论。     

复合加载下考虑接触作用的地基承载特性数值分析

港口、海洋工程结构物基础一般处于复合加载状态,其极限承载力通常采用近来引入的极限荷载图进行评价.对位于地基表面的重力式海洋基础,需要考虑基础与地基间的接触特性对极限承载力的影响.以大型通用有限元软件ABAQUS为计算平台,建立了复合加载模式的地基极限承载力数值分析方法;针对饱和黏土地基上的表面基础,利用在ABAQUS平台上开发的接触计算模块,模拟基础与地基间竖向可分离、切向完全粘结的接触作用;进而基于建立的分析方法,进行系统的有限元计算,分析地基的破坏模式随荷载条件的变化,给出地基的极限荷载包络图,并与经典承载力计算公式结果进行对比.研究结果表明,经典承载力计算公式低估了三维荷载条件下的地基极限承载力,有限元计算模型及数值分析方法,可以较好地分析研究地基的失稳机理及承载力特性,并可考虑基础与地基不同的接触条件对破坏模式及组合极限承载力的影响.     

海上风机单桩基础水平位移敏感性分析

海上风机结构属于高耸结构,风机基础过大的水平位移,将会影响风机结构的整体稳定性,因此研究风机基础的水平位移的影响因素规律具有重要意义。基于OPENSEES有限元平台,建立海上风机动力分析模型,探讨了水体附加质量对桩基桩顶水平位移的影响,同时分析了海水深度、钢管桩壁厚、土的有效重度、内摩擦角、不排水剪切强度等因素对风机基础桩顶水平位移的敏感性。研究结果表明水体附加质量对大直径钢管桩的桩顶水平位移影响较小,最大约为1%;砂土地基中,影响桩顶水平位移的主要参数是内摩擦角,软粘土地基中,影响桩顶水平位移的主要参数是钢管桩的桩径;在砂土和软粘土中,桩基础的埋深对桩顶水平位移的影响均存在一个临界深度。     

中国南海极端风暴海况下固定式平台结构可靠性分析

基于中国南海海域风暴环境条件,研究分析南海海域固定式导管架平台结构整体性和可靠性,以及新建固定式平台结构设计准则。采用海洋环境数据后报方法,得到南海海域1972~2011共40年的风、浪、流联合数据,从中抽取风暴环境条件;利用通用荷载模型,将40年间的风暴环境数据转变成结构的荷载数据,即基底剪力或倾覆力矩;并计算得到风暴环境荷载的短期及长期分布,以及任意风暴下荷载的概率分布;根据结构可靠性模型,结合荷载的长期分布,研究基于结构暴露等级及失效概率的固定式平台结构强度储备比。根据计算,得到了不同暴露等级下中国南海平台的强度储备比,并与墨西哥湾及北海海域进行了比较,为新建平台提供设计参考。     

自升式平台桩脚在含硬壳层地基中的插深分析

存在硬壳层的层状地基承载能力分析是自升式钻井平台桩脚插深分析的关键,但是目前对硬壳层承载能力的确定还没有成熟可行的理论计算方法。一般的针对非均质层状地基的承载力计算方法,因参数较多,计算步骤繁琐,很难广泛应用于实际的平台桩脚入泥深度分析中。文中主要介绍了存在硬壳层的层状地基承载力的分析方法与过程,根据应力扩散原理推导并做适当的简化得到硬壳层承载力修正方法。简化后的修正方法能满足一般硬壳层承载力分析的需要,并使平台插桩深度分析计算过程变得简便。通过在实际工程的应用,得到的实测结果与理论计算值也较为一致,说明了用此方法分析硬壳层地基的平台插桩是合理、实用的。     

Study on General Performance of Jack-up Under Elevated Condition

Method of checking for jack-up elevated performance including leg structure strength, fixation system or jacking system bearing capacity, pre-load requirements, spud can bearing capacity and overturning stability is suggested in this paper. As an example, a jack-up with truss legs is analyzed by finite element analysis method. This paper may be helpful to the rig owners, operators and designers.     

Performance of an example jack-up platform under directional random ocean waves

This article presents the results of nonlinear dynamic analyses that explore the effects of directionality and the random nature of ocean waves on the overall structural performance of a sample jack-up platform. A finite-element model is developed which rigorously includes the effects of the material and geometrical nonlinearities in the structure and the nonlinear soil-structure interaction. Two wave theories, NewWave and Constrained NewWave, are adopted to simulate the water surface and water particle kinematics, which are implemented in the numerical model developed. Analyses are performed for both two and three-dimensional wave models, and the results are compared in terms of the deck and spudcan foundation displacements. The results obtained from the analyses indicate that the inclusion of wave spreading can result in reductions in the deck displacements of the sample jack-up platform. The level of reduction is greater when considerable plasticity occurs in the foundation. Furthermore, the probability of failure can be significantly decreased when the wave-spreading effects are included. In addition, it is shown that the effects of wave-spreading on the response and failure of the sample jack-up is increased when wave period is decreased.     

自升式平台冰激动力响应分析

应用ANSYS软件建立了平台和冰相互作用的有限元模型,构建了自升式平台的冰激振动模型,并计算基于2种冰力模型的自升式平台的动力响应。此动力分析方法具有建模方便和计算精度高的特点。以某自升式平台为例,计算了冰和平台结构相互作用的耦合效应,为自升式平台冰激振动安全评估提供了参考依据。     

Evaluation method for Green jack-up drilling platform design scheme based on improved grey correlation analysis

This paper presents an evaluation method for green jack-up drilling platform(GJDP) design scheme based on the improved grey correlation analysis(IGCA). Under the situation of the low-carbon economy it is important and complicated for jack-up drilling platform design to select the optimum design scheme from the feasible schemes. In this paper, the evaluation index system for GJDP has been proposed which includes 3 factors: advanced technology, economic feasibility and environmental coordination, as well as 13 sub-indices. At the same time, a multi-objective combinatorial optimization model is established by using IGCA, in which the analysis hierarchy process (AHP) is used to obtain the weight values of the indices. The IGCA method is fully considered the connection of the indices reflecting the objective true nature of the things, and the subjective interest of the platform owner and the needs of the designer. This research can not only conduct to green design of jack-up drilling platform, but also can contribute to the development, popularization and application of low-carbon technology on offshore platform. Finally, the case study results demonstrate the feasibility and efficiency of the proposed evaluation method.     

自升式平台上外载荷的分析计算

海洋平台由于其作业的要求，而不可避免地受到各种海洋环境的考验。因此在设计平台时，必须考虑平台可能受到的各种外载荷，以保证平台海上作业的安全性。本文讨论了一种小型的自升式平台在外载荷作用下的受力分析，包括在外力作用下平台抗倾覆能力以及外载荷与平台承载力之间的关系。     

海洋黏土超固结性和结构性对沉垫基础离底吸附力的影响

我国近海区域海床表面广泛存在一层深厚软黏土,具有一定的超固结性与结构性。自升式海洋平台沉垫基础的离底吸附力对海上平台的起浮回收影响显著。通过数值方法模拟了沉垫基础的作业工况,将可以描述土体超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中,采用可以描述材料强度破坏和刚度衰减的黏结接触模型模拟基础底与海床的相互作用,并通过现场模型试验对数值模型进行了验证。在此基础深入探讨了黏土海床超固结性和结构性对基础离底吸附力的影响规律。研究结果表明：沉垫基础上拔时,底部会产生负孔隙水压力,随上拔时间先减后增,且沉垫基础边缘位置率先发生离底;黏土超固结性越强,离底吸附力越大;黏土结构性越强,离底吸附力越小。     

自升式钻井平台拔桩机理探析

海上自升式钻井平台完成预定工作后,将收起桩靴迁航到下一个目的地,桩靴的拔出是由支撑状态向漂浮状态过渡的重要过程,是自升式钻井平台正常作业不可缺少的重要组成部分。在这个过程中,拔桩阻力的预测对于桩靴上拔安全至关重要。笔者通过对平台拔桩阻力进行分析,并结合中油海平台近几年的拔桩作业经验,提出了施工中的注意事项,具有一定的指导意义。     

振动时效技术在自升式风电安装平台固桩架上的应用

振动时效技术是一种有效消除焊接残余应力、提升构件使用寿命、保证结构尺寸精度的方法。在自升式平台固桩架建造过程中,焊接施工导致其内部产生大量的残余应力,残余应力是导致固桩架精度超差和损伤失效的重要原因之一,它会大幅度降低平台的疲劳寿命,因此,固桩架建造完成后消除其内部残余应力对于平台的使用安全至关重要。本文以一个质量约100 t的固桩架分段为研究对象,采用专门的振动时效设备对固桩架施加激振力,测量振动时效前后主焊缝附近的残余应力水平。通过对比分析发现,振动时效技术可以有效降低固桩架焊接过程中产生的残余应力,达到调整、均化、降低残余应力水平、提高构件尺寸精度稳定性的效果,有利于提升平台的使用寿命。     

海洋桩靴基础穿刺破坏实时预测研究

海上自升式钻井平台以其造价低廉、便于移动和安装的优势被广泛应用于海洋地质勘察、风电安装和油气开采等领域,其基础类型多为桩靴基础。为了保证平台能在恶劣的海洋环境中安全作业,桩靴基础需要贯入海床以下一定深度以获得足够的承载力。然而,当桩靴基础在上硬下软土层中贯入时可能发生穿刺破坏导致平台损坏甚至倾覆。已有的桩靴穿刺破坏分析方法基于预设的地层参数预测穿刺荷载,由于无法考虑海床中地层及土性的不确定性,其准确性有待提高。将桩靴基础贯入过程中的监测数据与穿刺破坏机理相结合,通过66组离心机模型试验结果表征土体不确定性的影响,发展贝叶斯预测模型,实现了峰值阻力和穿刺深度的实时预测。基于规范推荐的荷载扩展分析法和冲剪系数分析法,建立了适用于规范法的概率模型,采用该模型对上砂下黏土层中桩靴基础的穿刺行为进行了预测,结果表明所提方法的预测精度随着监测数据的增加而提高,预测得到的峰值阻力误差在10%以内。