桩基导管架平台的非线性分析

本文对渤海八号桩基导管架平台进行了非线性倒塌的分析，分别给出了导管架平台八倍固支计算模型和考虑桩土非线性计算模型的结构倒塌极限载荷及倒塌破坏过程     

强台风下导管架平台倒塌全过程数值仿真

针对强台风引起的平台倒塌问题,综合隐式有限元与显式动力有限元算法,建立导管架平台结构倒塌全过程仿真流程;提出基于重现期的Pushover分析方法,充分考虑平台侧向环境载荷分布的变化以及可能的甲板上浪载荷因素,使得确定的倒塌环境载荷更加真实;采用APDL编制平台隐式与显式有限元模型转化程序,有效解决波浪载荷计算与精确施加的难题;在此基础上,应用LS-DYNA实现导管架平台在强台风载荷下的倒塌全过程仿真,动态再现平台结构倒塌过程中的构件破坏失效及内力分布,深入揭示平台结构的倒塌机理。研究成果可为导管架平台结构抗台风设计及理论研究提供参考。     

导管架平台拆除过程稳定性及影响因素分析

现有服役海洋平台正逐步走向老龄化,海洋平台拆除成为海洋工程新的经济增长点。针对达到服役年限的导管架平台,基于数值分析方法模拟拆除过程,开展平台在不同拆除阶段和环境载荷等参数下的稳定性及影响规律研究。基于钢结构整体稳定性理论,以导管架平台拆除过程中顶点位移为参考,定义导管架平台拆除作业稳定性指标,提出拆除作业阶段划分方法,通过分析导管架平台在不同影响因素作用下拆除过程稳定性响应,给出拆除作业建议。选取我国南海某4裙12腿进行实例分析,结果表明:主桩腿对导管架平台起决定性承载作用,拆除部分主桩腿后需要引入外部支撑力,以保证拆除作业安全进行;拆除构件越多,来浪方向和环境载荷大小对平台影响越加显著。研究结果可为导管架平台拆除作业提供参考。     

南海某导管架海洋平台倒塌分析

针对在役老龄导管架平台进行倒塌计算分析,确定极限承载力进而评估老龄导管架的安全裕度。采用非线性有限元方法,考虑平台的波流载荷及桩-土的非线性相互作用,利用SACS软件建立导管架整体三维有限元计算分析模型,并用逐步加载的方式,对南海某导管架平台进行了全过程非线性倒塌分析。计算分析表明,该导管架平台极限强度很高,具有较大的安全裕度;导管架倒塌过程呈逐步破坏形式,先是撑杆屈服,造成局部结构破坏,然后是钢桩发生屈服,降低结构承载力,最后节点逐步失效,造成结构倒塌。揭示了导管架平台结构失效倒塌的机理,给出了倒塌分析的可行方法和步骤。     

波浪荷载及土体特性对风电单桩基础水平变形影响规律

大直径单桩基础是海上风电应用广泛的一种基础形式,严格控制桩基泥面处的位移是保证基础稳定和风机安全运营的关键因素.通过数值方法建立了单桩—海床的三维模型,将可以描述海洋砂土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,桩基承受的波浪荷载通过Morison方程进行计算模拟.针对无波浪荷载、仅作用于海床的波浪荷载、同时作用于桩基和海床的波浪荷载三种情况,分析了海床土的动力响应以及桩基的水平位移之间的差异,探讨了海床土体参数对桩基水平变形的影响.研究结果表明海床土体液化会导致桩基水平变形增加,海床土渗透性、超固结性、结构性对桩基水平位移影响显著,研究成果可为海上风电单桩基础的设计与运维提供参考.     

不同海况和地质条件下海上风电桩基水平承载力研究

在海上风电单桩基础水平承载力的设计中,风荷载和波浪荷载是两个最主要的常规水平荷载,需要考虑在波浪荷载和风荷载的不同荷载组合下的桩土相互作用。利用有限元软件ABAQUS构建桩土相互作用模型,对桩基施加不同组合的环境荷载,研究桩土的相互作用。在固定环境荷载的情况下,将土体分层,研究不同土质条件下桩基水平承载力的差异。分析可得极端海况下桩身泥面位移约是正常海况下的5倍,且桩身水平位移主要由风荷载引起。桩周土体所受水平应力与桩体的摆动幅度相关,且桩基摆动对桩周土体水平变形的影响范围有限,以桩基为中心1.7倍桩径范围内土体所受影响显著。海床上层土体的强度对桩基水平承载力起关键性作用,上软下硬海床与纯软土海床相比水平承载力大约提高25%,而上硬下软海床与纯软土海床相比水平承载力约提高3倍。     

板格形导管架桩基码头稳定性简化计算方法

板格形导管架桩基码头是适用于深水域软土地基的新型港口与海岸工程结构。该结构由预制的板格形导管架及桩基构成,承载特性和破坏模式复杂。假定码头结构发生倾覆失稳时,转动点位于前桩轴线上,且距导管架底面距离为L。除结构的自身重量外,综合考虑板格形导管架与周围土体间的摩擦力、桩侧摩阻力、桩侧水平土抗力等,对结构进行极限状态受力分析,建立基于假想支撑点的稳定性分析模型,并通过强度折减法进行计算,求取安全系数。以天津滨海沿岸水文地质条件为背景,利用ABAQUS有限元分析软件,建立板格形导管架桩基码头三维弹塑性有限元模型进行稳定性分析,并与简化方法进行比较。结果表明,通过简化计算方法得到的安全系数与有限元结果较为吻合。     

番禺30-1导管架海洋平台结构振动监测与安全分析

番禺30-1平台是我国首座位于南海海域水深200 m的固定式导管架海洋平台结构,平台结构基频较低,在动载荷作用下平台结构极易发生振动响应,可能对平台结构构件、设备及人员造成一定的安全隐患。现场监测得到的番禺30-1平台结构振动响应统计数据发现,季风期平台结构在波浪作用下发生稳定持续的振动响应,偶然性拖船撞击平台结构桩腿时发生较为强烈的瞬态振动响应。运用有限元数值动力分析方法,结合相关规定对平台结构在波浪及拖船撞击时进行了结构安全性能分析,为平台结构的安全运行及安全保障提供参考价值。     

靠球减震系统在导管架平台中的应用

导管架生产储油平台在油轮靠泊和外输期间,如遇风浪天气,平台的晃动非常明显,为此引入橡胶靠球减震系统。运用ANSYS有限元分析软件,建立导管架生产储油平台的真实有限元模型,计算平台在靠船碰撞力和波浪力共同作用下平台关键点位置应力变化及振动响应过程,为靠球减震系统在实际工程中应用提供理论依据。     

考虑隔水导管群桩基作用的导管架平台强度分析方法

本文探讨了导管架平台结构强度分析一种改进方法。在该方法中,考虑了隔水导管群刚度和桩基作用,同时考虑了隔水导管之间以及隔水导管与主桩之间的群桩效应以及上部结构－桩－土相互作用。通过对某六腿导管架平台的分析表明,改进方法可以给出比常规方法更合理的结果。     

关于负压桶形基础替代Europipe16／11—E导管架钻井平台桩基的土？…

北海Ｅｕｒｏｐｉｐｅ１６／１１－Ｅ采油平台导管架的设计,与传统桩基的导管架设计有着很大的不同,平台现场安装的水深为７０ｍ,安装时间计划于１９９４年夏季进行,导管架基础不再采用桩基,其永久性基础将由直径为１２ｍ的泥吸盘（ｍｕｄｍａｔ）组成,泥吸盘的周围带有了下突出的用以插入海底基土的裙边,是利用负压作用完成６ｍ的基础贯土深度,本结构对于由环境动力所造成的倾倒力矩,不只是依赖自身重力原理,而且还能借助     

海洋平台结构系统可靠性分析

本文研究了对三维模型的导管架平台结构系统可靠性评估方法。在极值载荷条件下，分别以极限冲剪应力及屈曲临界应力作为管节点及杆件的极限强度，采用增量载荷法建立失效模式安全余量方程。同时研究了求取结构系统主要失效模式的自动算法及计算系统失效概率的方法。作为一个算例，运用作者开发的计算机程序，对一固定式导管架平台进行了可靠性分析，验证了本文方法对开展三维模型平台结构系统可靠性评估是可行的。     

单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠性分析

采用非线性逐步倒塌分析方法,考虑桩-土-结构的非线性相互作用,研究了单点系泊海洋导管架平台在极端荷载作用下的承载能力计算模型,在此基础上结合蒙特卡洛随机抽样法,提出了单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠度计算方法。最后对工程实例BZ28-1SPM单点系?白海洋导管架平台结构在20年设计基准期和50年重现期进行了体系可靠性分析：研究结果表明：用50年重现期的环境荷载参数来进行BZ28-1SPM单点系泊海洋导管架平台结构的设计是合理的;在环境荷载中起主导作用的是由波浪引起的系泊力;在海洋平台结构的设计及对已服役平台结构的评估中运用体系可靠度理论,可以为海洋平台结构的设计、维护和评估提供理论依据。     

固定式海洋平台非线性动态响应分析

固定式海洋钢结构平台必须考虑到流体—结构—桩—土的相互作用。桩基式海洋平台是一种大型复杂结构系统,通常包括平台及其上部设备并支持在导管架上,用一组桩通过导管架的腿打入土壤中把它固定在海底。作用在这一结构系统上的有波浪、风、流、设备运行、地震等动载荷。其中以波浪载荷为最重要。对于固定式结构,结构的速度相对于水质点速度不可忽略,因而使波浪力呈非线性性质。桩—土相互作用可用分布的弹簧来表示,其刚度变化根据p-y曲线呈非线性。大多数结构设计在设计载荷下材料处于弹性范围,但在强地震和风暴下允许材料进入非线性而不致结构破坏。本文将一种模态综合技术和模态叠加方法推广应用于研究这一系统的非线性响应分析,假设系统受到规则波作用,波浪力可由波浪理论对给出的设计波算出。采用直接积分法对减缩的动力方程求解,非线性作为伪力矢量移置到方程右端。这样大大节省了计算机存贮及机时。迄今为止,非线性系统的动力分析问题藏缩方法为数有限,由于预测大型复杂结构系统非线性响应耗费巨大的机时相价值昂贵,这一工作显得特别重要。最后由计算程序DAPOS给出的算例表明这一方法的优点并卓有成效。     

关于负压桶形基础替代Europipe 16/11-E导管架钻井平台桩基的土工技术

北海Ｅｕｒｏｐｉｐｅ１６／１１－Ｅ采油平台导管架的设计,与传统桩基的导管架设计有着很大的不同。平台现场安装的水深为７０ｍ,安装时间计划于１９９４年夏季进行。导管架基础不再采用桩基,其永久性基础将由直径为１２ｍ的泥吸盘（ｍｕｄｍａｔ）组成。泥吸盘的周围带有向下突出的用以插入海底基土的裙边,是利用负压作用完成６ｍ的基础贯土深度。本结构对于由环境动力所造成的倾倒力矩,不只是依赖自身重力原理,而且还能借助于受拉时所产生的被动负压来加以抵抗。     

导管架平台非线性随机响应分析

本文分析研究了导管架平台结构在随机波浪作用下的动力响应问题。采用空间刚架单元建立有限元方程。认为海浪是零均值、平稳、各态历经的高斯过程,波高谱服从P-M分布.利用线性波理论及广义Morison公式计算波浪载荷。计及流体与结构运动之间的耦合,用统计线性化方法处理非线性水动阻尼力。结构的均方响应通过迭代求得。计算了一个总高65m、工作水深55m的平台结构在多种工况下的均方响应,并分析比较了几种不同简化模型所得结果之间的差异。     

导管架平台桩基贯入深度的两级模糊模式优选模型

桩基础是海洋导管架平台结构中的重要组成部分，其贯入深度对海洋平台的造价和运营期间的安全性能起着重要的影响。本文在考虑桩－土之间相互作用非线性特性的基础上，采用非线性等效弹筑模拟海底土层对桩基的作用，对桩基进行有限元分析。由于影响海洋导管架平台桩基础贯入深度的因素很多，而且有些因素带有很大的模糊性，本文采用两级模糊模式优选模型对影响因素进行综合评判，最后得出了适合给定荷载和海底地条件下最为合理的桩基贯入深度方案，具有一定的工程应用价值。     

波浪荷载作用下单桩基础桩周土体的应力位移分析

通过ABAQUS建立海上风电单桩基础的数值模型,并与室内模型桩试验的结果作对比,验证模型的可靠性。根据实际桩土参数建立数值模型,并对桩土模型施加循环波浪荷载,分析波浪荷载作用下桩周土体的水平应力和水平位移随时间的变化特性,以及土体水平位移在空间分布上的差异。结果表明在波浪荷载作用下桩周土体的水平应力和水平位移在一定范围内循环波动,且极端海况下土体所受的扰动远大于正常海况下土体所受扰动。海床表面桩周土体在距桩体10 m范围内受桩体影响显著,竖直方向上桩身以泥面以下大约2/3桩身入土深度处的一点为基点做循环摆动,且这一旋转基点的位置与波浪力的大小无关。     

沙箱对桩腿耦合装置的影响研究

桩腿耦合装置(简称LMU)在平台浮托安装过程中上部组块插尖与导管架桩管对接期间起缓冲作用,是海上浮装的最重要装置之一。运用非线性有限元软件ABAQUS,对相同尺寸、受相同垂向载荷作用的有沙箱和无沙箱的LMU分别进行了显式准静态和动态数值模拟,并将计算结果进行对比,以考察沙箱对LMU力学特性的影响。结果表明,与无沙箱的LMU相比,有沙箱的LMU能够承受较大的外载荷作用,可提升外套筒钢材的使用效率,较迅速地降低载荷转移作业过程中整个平台的运动速度,提高平台浮托安装过程中能量吸收速率,并且能减小LMU在动态过程中的最大应力。     

考虑流固耦合的桁架式近海结构物波浪载荷及动力分析

以由不同直径、杆件方向和长度的圆柱形水下杆件构成的桁架式近海结构物为对象,提出了考虑流固耦合的结构物波浪栽荷和动力响应的数值分析方法:首先逐一计算组成桁架式结构的每一杆件的渡浪力,然后对这些单一杆件的波浪力进行叠加来得到结构物的整体渡浪载荷.同时利用时域分析方法求解结构物的动力响应.算例表明:与考虑流固耦合情况下的平台波浪载荷和动力响应计算结果对比,忽略辅助杆件响应贡献的计算结果与之存在较大差异;不考虑流固耦舍情况下的计算结果在结构物的固有周期附近与之差异较大,在远离固有周期的区间则差剐不大.对平台进行分析时有必要记入辅助杆件的响应贡献.并且考虑流固耦合的影响.