基于ABAQUS/Explicit的桩腿耦合缓冲器准静态分析

桩腿耦合缓冲器在应用中主要起减小撞击力和限制上下结构相对位移的作用.在设计时,必须考虑到橡胶材料的大变形、橡胶-钢的接触和摩擦问题,它具有几何、材料和边界的三种非线性.通过结构非线性有限元软件ABAQUS/Explicit建立了桩腿耦合缓冲器的三维体单元模型,用基于中心差分法的准静态法,对其在水平和垂直两种工况下的准静力变形过程进行了数值仿真,从能量、接触、刚度与吸能以及应力应变等各方面对计算结果及其合理性进行了分析,并针对现有结构尺寸提出了改进建议.分析表明使用准静态分析方法是可行的,对桩腿耦合缓冲器的优化设计具有一定参考价值.     

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。     

具有裂纹损伤桩腿的海洋石油平台有限元分析

采用有限元分析方法和断裂力学方法,将含裂纹构件的裂纹以线弹簧处理,建立了带有裂纹损伤桩腿的等效梁和管单元的单元刚度矩阵的计算方法。对检验方法的正确性,使用该方法对几种损伤构件进行了强度计算,并与有限元细化网格计算结果和实验结果进行比较,最后将等效单元计算程序接入大型有限元程序ＳｕｐｅｒＳＡＰ,对受损后的平台整体结构进行了应力计算和强度分析。     

橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能影响研究

运用非线性有限元软件ABAQUS/Explicit,建立了不同橡胶圈层数的桩腿耦合装置(简称LMU)整体计算模型,并对其进行了非线性数值求解。通过对载荷-位移曲线、吸能曲线、应力和应变、速度曲线和动能曲线等的详细分析,研究了橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能的影响。结果表明,橡胶圈层数对LMU吸能效率和橡胶圈最大应变的影响可忽略不计,但对其刚度、应力、速度和动能及其衰减速率的影响较为明显。随着橡胶圈层数的增加,LMU的刚度逐渐增大,最大应力先减小后增大,最大速度和动能逐渐减小,速度和动能的衰退速率逐渐减小。在LMU设计阶段,应考虑橡胶圈层数对LMU上述方面的影响,合理选择橡胶圈的层数,使LMU能够最有效地发挥缓冲作用。     

张力腿式风电机组基础设计的挑战

文章通过总结我国首座在规划漂浮式风电场的张力腿式风电机组选型设计所遇到的技术挑战,详细探讨了海上风电张力腿式基础的总体设计、mathieu不稳定性分析、非线性耦合动力学分析以及开发张力筋腱及其连接装置遇到的困难,并提出相对应的解决方案,可为海上风电机组张力腿式基础设计提供参考。     

水下桩腿长度变化对浮式结构固有频率的影响研究

为了分析带支腿浮式结构水下桩腿处于不同的长度时振动固有频率的变化情况,采用有限元方法和三维线性水弹性理论对一理想的带支腿浮式结构进行研究,分工况计算了3种弹性模态的干、湿固有频率。结果表明对于同一阶弹性模态来说,结构主体平台振型是决定水动力系数大小的主要因素,桩腿水下长度是次要因素,而振型又受到桩腿长度的制约;桩腿水下长度的改变对带支腿浮式结构的干模态固有频率以及湿固有频率都有较明显地调制作用。对于干模态固有频率来说,桩腿关于船身越趋于对称分布时结构的共振频率越高;对于湿固有频率来说,水下桩腿长度地增加有迫使共振频率趋向低频方向移动趋势。     

海上风电嵌岩桩水平抗力影响因素研究

桩基础是我国海上风电工程中应用最为广泛的基础形式,其中嵌岩桩因其施工难度大,承载力高备受关注。与其他类型的桩基础不同,嵌岩桩的水平承载力不仅受到围岩强度的影响,更与其成桩质量与灌浆材料的强度相关。采用有限元方法分析了嵌岩深度、桩基直径与壁厚、桩身倾斜度等多种因素对嵌岩桩水平承载力的影响,提出了确定嵌岩桩水平极限抗力的标准。研究表明：桩与围岩间的灌浆环会先于桩身发生破坏,因此可将灌浆环受拉破坏作为判断嵌岩桩达到水平极限承载力的标准;桩身倾斜度对嵌岩桩的水平极限承载力影响较大,直径和壁厚的增加,均能提高桩基的水平承载力。     

张力腿平台涡激运动模型试验与数值分析

为揭示张力腿平台涡激运动响应规律,采用数值模拟与模型试验相结合的方法研究了全水深系泊张力腿平台涡激运动响应。根据张力腿平台主尺度参数,按照几何相似制作了水池试验模型,在满足运动相似和动力相似的条件下开展了均匀流、剖面流模型试验,并将模型试验结果与数值模拟结果进行了对比,验证了数值模拟与模型试验结果的一致性。分析结果表明在均匀流作用下张力腿平台涡激运动的锁定区间在5.5<U_r<8.5,来流角对涡激运动影响较大。剖面流作用下平台涡激运动规律与均匀流作用基本一致,但剖面流造流引起的能量分散,使平台在XY平面的运动轨迹变得不规律,系泊系统提供的回复力对涡激运动幅值有抑制作用,来流角和流速对张力腿或立管模态影响明显。论文得到结论对于张力腿平台的工程设计有一定借鉴意义。     

海上风电钢管桩自平衡法现场试验研究

一种新型钢管桩预装荷载箱法被研发出用于自平衡法海上风电钢管桩基检测试验,并通过现场自平衡试验研究探究了海上打入桩桩基础特性。该方法首次成功应用于海外某海上风电场直径1.4 m的超长大直径钢管桩承载力检测,用于探究其承载特性和桩侧桩端阻力发挥规律。现场试验显示,该新型检测方法达到了预期的测试效果和经济效益,与现有钢管桩自平衡法相比,对土的影响更小,可靠度更高,为类似土层和直径的超长钢管桩承载力试验提供了新的途径。     

海上风电单桩自动化移动式稳桩平台研究

海上风电单桩稳桩技术是保证单桩垂直度的关键。文章在确定功能定位和总体方案的基础上,对自动化移动式稳桩平台推进系统、升降系统、稳桩系统进行研究选择。研究确定自动化移动式稳桩平台单桩沉桩方法。采用ANSYS软件对平台整体强度和稳桩系统强度进行校核,并与传统拆卸式稳桩平台进行工效对比分析。结果表明:海上风电单桩自动化移动式稳桩平台整体强度、稳桩系统强度等均满足规范要求,且施工工效更高,所需船机设备更少,操作更简便。     

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。     

门架式水力插板桩的抗滑移稳定性分析

门架式水力插板桩是1种新型的空间挡土结构,其抗滑移稳定性计算目前尚无成熟方法.文中给出了直角坐标系下门架式水力插板桩抗滑移稳定性计算的简化Bishop积分方法和安全系数表达式,并编制了安全系数计算程序.通过1个算例,将此方法的计算结果与GEO-Slope有限元软件的计算结果进行了比较,表明了该方法是可行的.探讨了土体内摩擦角、粘聚力、桩入土深度和双排桩间距对结构稳定性的影响,得出了当土体的内摩擦角和粘聚力较小时,应通过增加桩的入土深度来提高门架式水力插板桩的抗滑移稳定性等一些有意义的结论.     

海上风电大直径加翼桩水平承载性能研究

为改善海上风电大直径钢管桩的水平承载性能,基于ABAQUS有限元软件对单桩改进形式的加翼桩结构进行了系统研究,计算分析了软黏土地基中加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、桩身泥面处倾斜率和极限承载力,研究了加翼桩面积、形状、埋深和刚度等翼板参数对加翼桩水平承载性能的影响规律,根据加翼桩的桩-土作用机理,参考现行规范模式提出适用于软黏土地基大直径钢管桩的P-Y曲线。研究结果表明,加翼桩通过在泥面处设置翼板可降低桩基泥面处倾斜率50%、提高桩基极限承载力60%以上,加翼桩水平承载性能明显优于单桩。     

渤海海域单柱三桩式海上风电结构冰激振动分析

针对渤海某区域以单柱三桩式结构为支撑的海上风电系统进行了冰激振动分析。首先模拟风电结构具有显著动力特性差异的主-从式结构特征,根据工程场址海域冰情条件,设置了合理的海冰分析工况,随后依据概化冰力函数确定作用于风电基础结构上的动冰力时程,开展全时域瞬态动力分析。通过对计算结果的详尽分析,选定表征冰与风电结构相互作用进程的综合控制因子Ic,建立基于综合控制因子的冰振事件区划及其出现概率的预判方法。相关方法将为渤海海域风电工程结构冰激振动问题的预判与评估提供参考。     

基于水平湿拖的TLP平台张力腿现场扶正数值模拟

TLP平台张力腿安装方法有竖直安装和水平安装。以一TLP平台张力腿为例,基于张力腿水平湿拖安装方法,采用OrcaFlex软件建立扶正分析模型,数值模拟了张力腿现场扶正过程,研究分析了张力腿在不同海洋环境和吊机缆绳释放速度等参数下的动力响应,并在此基础上进行了集束扶正分析,根据安装接受标准确定了合适的扶正作业天气窗口。模拟分析结果表明:在扶正过程中,浪向/流向、波高、流速对张力腿应力影响显著;吊机缆绳张力对浪向/流向、流速敏感;吊机缆绳释放速度对张力腿应力和吊机缆绳张力影响微弱。     

海上风电楔形单桩基础竖向承载力特性分析

为提高基础利用率增加海上风电设施的可行性，对楔形单桩基础竖向承载力特性进行研究分析。采用PLAXIS 3D 有限元软件建立楔形单桩基础模型，从桩侧摩阻力、桩侧法应力及土体位移对比分析楔形单桩基础与等截面单桩竖向承载特性差异，并探讨内摩擦角、楔角及楔高对承载力的影响。研究表明：楔形单桩基础竖向承载力高于等截面单桩基础，且承载力随着楔角、楔高的增大而增大，提高率最大达24.786%。倾斜侧壁的引入改变了桩侧摩阻力的传递规律；倾斜侧壁挤密桩周土体，桩侧摩阻力与法向应力增大，从而有效提高单桩基础的竖向承载力。研究成果可为今后海上风电单桩基础截面型式的设计提供参考。     

洋山深水港区接岸结构稳定性三维数值分析

洋山深水港区工程是我国目前唯一一座建在远离陆地外海岛礁上的现代化集装箱港区,接岸形式采用斜顶桩板桩承台新型结构,由于无现成经验和规范可借鉴,运用大型非线性有限元分析软件对其施工过程进行了三维数值模拟.重点对不同施工工况中承台位移,斜顶桩、板桩与支撑桩的受力,以及地层的施工位移变化进行了模拟分析,计算结果表明接岸结构在起挡土作用的同时,能够保持稳定.计算结果可为洋山后续工程的优化提供了参考.     

格型钢板桩结构数值建模方法研究

针对格型钢板桩结构的三种建模方法(考虑板桩间铰接特性,用壳体单元模拟板桩的有限元模型;不考虑板桩间铰接特性,用壳体单元模拟板桩的有限元模型;将格体看做一个整体,用实体单元模拟板桩的有限元模型)进行分析,对各种建模方法得出的关于稳定性、破坏模式、格体环向应力、格体内外土体压力的相关结论进行比较,得到适合工程应用的建模方法。结果表明:三种有限元模型中,考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型,因其考虑因素全面,是最准确的模型。对于重要工程,应采用考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行计算。对于一般工程结构,在稳定性分析方面,三种有限元模型都很适用,由于壳体单元模型收敛性较差,建议采用比较成熟的实体单元模型进行简化;对于破坏模式和板桩间环向应力,建议采用不考虑板桩间铰接作用的壳体单元模型进行简化;对于结构背浪侧格型钢板桩结构格体外侧土体最大被动土压力和格内土体压力,采用不考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行估算。结论对工程数值建模运算具有指导意义。     

基于专利信息的海上风电技术趋势分析

基于德温特数据库中的专利信息,通过对比海上风电和其他海洋主要可再生能源的年专利信息,结合海上风电专利数量与碳减排压力以及年新增装机数量之间的相关性分析,对海上风电技术发展做了分析,归纳了海上风电的重点技术领域;构建了海上风电技术成熟度预测分析模型。分析结果表明,海上风电技术发展迅速,目前整体的技术成熟度已达到0.87,已从成熟期进入饱和期。浮式风电作为一种具有替代性特征的新兴技术,也得到了快速的发展,目前的技术成熟度已达到0.54,从技术成长期进入技术成熟期。     

沐官岛海湾水库拦海坝的渗流与稳定性三维数值模拟分析

兴建河口海湾水库是国内外解决水资源不足的一项重要措施,其对水资源的充分利用具有极其重要的意义。本文依托沐官岛海湾水库工程,考虑海洋水文和地质条件因素,采用有限元分析软件ABAQUS建立了大型三维渗流和稳定性仿真有限元模型,开展多种潮位工况下拦海坝的孔隙水压、渗流速度和竖向沉降仿真计算,对沐官岛拦海坝渗流与稳定性进行分析。分析得出,在20年一遇潮位下,拦海坝的防渗性能良好,对海水与淡水起到阻隔作用。在50年、100年一遇潮位时,防渗墙内部产生渗流速度,这是由于水压差过大、渗流强度增加而产生的结果。拦海坝的不均匀沉降控制较好,不会发生坝体尤其是心墙的开裂。提出防渗墙加固措施,为坝基渗流预防、稳定性设计以及后续拦海坝建设与使用的安全性保证提供参考依据。