具桩靴自升式钻井船插桩过程有限元模拟研究

在评价具桩靴自升式钻井船的插桩深度及承载力时,包括浅基础、桩基础在内的多种计算方法均有各自的适用条件和局限性。应用有限元数值模拟方法,分别研究了桩靴在均质黏土和均质砂土中贯入一定深度时的地层响应情况,取得了桩靴贯入过程中地基土破坏形式、荷载影响深度、不同公式的适用性等多方面认识。在均质黏土中,随着插桩深度的增加,地基土先后经历了整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏三种破坏形式;在均质砂土中,地基土的破坏形式主要表现为整体剪切破坏。插桩荷载的影响深度约为3倍桩靴截面宽度。浅基础公式的计算结果与有限元模拟成果更为接近。     

自升式平台桩靴/地基承载力的数值分析

桩靴/地基承载力的准确预报是确保自升式平台进行海上插桩作业安全性的重要前提,常规的规范算法在处理复杂地基条件时存在困难。基于非线性数值分析方法,在对加载点位置、网格尺寸、地基边界等关键技术进行研究的基础上,以某400ft水深自升式平台为例,分别对海底均质土和成层土的承载力进行了研究。同时,对各土层参数的影响进行了详细分析,为探索插桩过程中地基破坏原理和承载力计算提供了一些参考。     

海上吊物六自由度系统动力学特性分析

自升式风电安装平台由于作业臂长度的限制,在进行海上钻井和维修作业时会紧靠导管架平台。风电安装平台桩靴插桩过程中会排开大量土体,对临近平台桩基产生很大的挤压荷载。以某自升式风电安装平台和其临近固定平台为研究对象,探讨了风电安装平台桩靴入泥带来的挤土荷载与环境荷载的耦合作用对平台桩基强度的影响。分析结果表明,在靠近泥面一定范围之内,在进行导管架钢桩设计时必须考虑挤土荷载与环境荷载的耦合作用,以满足导管架平台桩基强度要求。     

桩靴基础自升式钻井平台在砂土层下伏粘土层中的插桩分析

在对我国南海海域进行自升式钻井平台场址工程地质调查的基础上,分析桩靴基础在上述层状土中贯入的破坏模型,提出在不同破坏模型下的插桩深度预测方法,实例验证表明,该方法可提高对插桩深度预测的准确性.     

土体流动对自升式平台桩靴极限承载力的影响

现有自升式平台强度设计中地基承载力采用静态设计法,将地基作为一种不变的边界条件,将桩土作用简化为泥面下简支约束,从而忽略了地基土的非线性及低强度特性。桩土贯入过程属于动态高度非线性、大变形问题,土体流动特性对桩端承载影响很大。建立桩土有限元模型,采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)模拟桩土贯入,利用罚函数法求解桩土面-面动力接触效应。分析结果表明:桩靴上部空腔破坏,土体回流冲击桩靴上端面,并在桩靴上下端面形成速度逆差,造成桩靴下部形成瞬态吸力,使桩端承载骤增。因此采用静态设计法得到地基承载能力低于实际贯桩桩端承载,由此提出了这样的问题:按照现行规范进行地基承载能力设计,会导致地基承载能力不足。     

层状土地基条件下具桩靴自升式钻井船插桩深度分析研究

应用有限元数值模拟方法,研究了自升式钻井船的桩靴在复杂层状地基土中贯入一定深度时的地层响应情况,取得了桩靴贯入过程中地基土破坏形式、荷载影响深度、不同承载力计算方法的适用性等多方面认识。在上硬下软及上软下硬的层状土中,所有公式的计算结果无论在数值还是趋势方面都与有限元模拟成果相差较大,这主要是由于单一的公式未考虑到插桩荷载影响深度内下伏不同地层对总承载力的贡献。有限元模拟成果显示,在3. 0B深度范围插桩荷载影响较大;桩靴自上覆硬土层贯入软土层时,会有一定厚度的硬土被压入到软土层,且厚度随插入深度变化,导致出现地层结构的动态重分布。根据层状地层中有限元模拟成果,提出了考虑到3. 0B深度范围所有地层的强度贡献、并考虑地层结构动态重分布的桩靴下地基土极限承载力计算方法,其计算结果与有限元模拟成果最为接近。工程实例计算表明,得出的计算结果以及有限元模拟结果都与实际插桩深度较为接近。     

多种自升式海洋平台桩靴上拔过程仿真分析

本文以自升式海洋平台桩靴为主要研究对象,运用Ansys Workbench中的Design Modeler建立桩靴与土的模型,通过LS-DYNA来模拟桩靴上拔过程,并计算了3种桩靴形式的拔桩力和研究了3种桩靴的上拔过程土体的变形,并将桩靴上拔阻力的理论计算值与数值模拟计算的结果进行比较分析。本文对未来海洋平台的发展有一定的工程意义。     

自升式钻井平台桩靴裂纹分析、处理及修复研究

桩靴是自升式平台的重要组成部分,主要作用是支撑整个平台,将平台所受的载荷传递到海床.一旦桩靴失效,将导致桩腿下沉,平台无法保持水平.文章利用有限元方法研究了自升式平台桩靴在出现裂纹后的应力水平,并研究相关的应对措施与修复方法.     

自升式平台桩靴强度分析

合理的桩靴设计是立插桩式海洋自升式平台在海上安全工作的关键因素之一。以某自升式海洋平台桩靴为研究对象,利用规范和SACS软件对桩靴结构设计进行强度校核和屈曲强度分析,并对桩靴的承载力和计算方法进行研究。     

自升式平台就位过程触底分析

针对自升式平台就位下放桩腿至海底时,桩靴与海底可能发生触底碰撞,造成桩腿、桩靴等结构损坏,影响平台安全的问题,为防止桩靴与海底的撞击力过大,通常限制作业环境条件。以某平台为例,基于三维势流理论和莫里森方程,采用频域方法研究就位过程中桩腿下放至接近海床时平台的水动力响应,考虑3种不同海况,以RAO分析结果为基础,参照模拟靶谱法与刚体运动特性完成频-时域转换,获得桩靴底部垂向速度的最大值。基于显式动力分析方法,建立桩腿-桩靴-地基的有限元模型,选取3种海洋地基,以垂向速度最大值为数值模拟的动力因素,对碰撞过程进行仿真模拟,分析碰撞过程中结构应力变化并给出平台安全就位的海况信息,为就位过程触底碰撞提供计算和评估模式。     

关于自升式海洋平台插桩特性的分析研究

采用通用程序语言VBA,结合工程技术人员对相关规范和理论的理解和实际工程经验,开发出适用于自升式平台桩靴插桩计算分析的程序,实现计算的相对标准化,针对300ft、400ft自升式海洋平台桁架式桩腿结构形式在中国南通海域插桩特性分析研究,阐述了同类海洋平台的插桩深度预测分析过程及方法,该方法和思路的应用对海洋平台的结构安全评估有重要意义。     

自升式钻井平台插拔桩技术发展现状及趋势

针对自升式钻井平台在插桩和拔桩过程中面临的土工问题,系统地梳理插桩和拔桩涉及的关键技术。分析插桩过程中的土工试验技术、土体破坏机理、上硬下软地层承载力和桩脚滑移问题;阐述拔桩过程中的拔桩阻力计算方法和减小拔桩阻力方法的研究进展情况。在此基础上,根据目前面临的新挑战,提出今后自升式钻井平台插拔桩技术研究的重点,并预测其发展趋势。     

基于不同区域土体变形特性的自升式平台拔桩阻力计算方法研究

为了研究自升式平台在饱和软黏土拔桩过程中所受拔桩阻力的大小及变化规律，基于不同区域土体的变形特性，应用ABAQUS软件分别采用耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）数值分析方法与基于小应变理论的有限元（SSFE）计算方法建立了桩靴上部阻力与底部吸附力的数值计算模型；提出了自升式平台拔桩阻力计算方法，并与已有的离心机试验结果进行比较。根据不同固结条件，开展了土体不排水抗剪强度、贯入深度以及桩靴直径对桩靴拔桩阻力的敏感性分析。研究结果表明：该计算方法能有效预测桩靴在软黏土中所受的拔桩阻力，其中上部阻力、底部吸附力预测误差分别为14.48%和-7.25%～4.23%，峰值拔桩阻力预测值误差为15%左右；桩靴所受的上部阻力主要来自于上覆土体对桩靴的反作用力，而底部吸附力则由桩靴底部土体中负超孔隙水压力引起；上部阻力受上述3项因素影响较大，而底部吸附力则随着固结时间增加而显著增大。研究成果可为桩靴拔桩作业过程中的受力分析提供借鉴与参考。     

自升式平台层状地基条件下插桩过程数值模拟研究

对于采用独立式桩靴结构的自升式平台,桩靴的入泥深度是保障平台安全作业的关键问题之一。采用ABAQUS软件的Explicit求解器,以位移增量步方式计算地基极限承载力;在施加初始地应力场的前提下,引入无限元边界处理方法,考虑了土壤无限大边界条件的影响,并使用ALE自适应网格技术有效地解决了土壤模型的大变形问题;最后,将有限元计算与经验公式计算进行比对分析。结果表明,在一定预压载荷条件下,有限元计算结果能较全面精确地反映插桩结果,弥补经验公式考虑参数单一、无法解决层状土承载力之间不连续问题以及无法动态模拟插桩过程的不足。     

可移动式自升式钻井平台的插桩压载风险浅析

与相对固定的导管架或平台相比,可移动式自升式钻井平台从诞生之日起就要经历不断的拖航-就位-插桩-作业-拔桩-再拖航这样周而复始的过程,桩腿和桩靴从始至终都会面对着各种不同类型的海床及浅表地层的考验。尤其是随着钻井平台箱体自身重量的增大,作业水深的增加,作业周期的延长和极端恶劣作业环境的影响,对于桩腿和桩靴及相关支撑结构的要求越来越高,同时对于操作船体升降的工程技术人员也提出了新的课题。笔者通过分析总结了通常插桩压载的经验,并提出了施工工程的注意事项。     

桩靴支护结构对桩端极限承载力的影响

以渤海湾"胜利五号"自升式作业平台桩基贯入工程实例为基础,优化自升式平台桩靴支护结构位置,采用有限元数值模拟位置优化后的桩端极限承载力,并与实际桩端承载进行比较。优化结果表明:沿桩靴径向和垂向优化发现桩端极限承载力由内向外是先增大、后减小,支护结构在r'/r=0.6,h/H=0.4处优化达到预期效果;合理优化桩靴支护结构的位置可以改变桩靴上端面土体流动方向,减小土体对桩靴上端面冲量及桩靴上、下端面土体流速差,稳定贯桩过程,能够增加桩端极限承载力。     

自升式钻井平台进坞方法分析

<正>自升式钻井平台"南海石油931"需要进坞对桩腿和桩靴进行检查、修理。本技术通过在坞内设置砂箱,使自升式钻井平台进坞时,桩腿可插设在砂箱上,避免了桩腿、桩靴和坞底的损坏,并且可使平台沿着桩腿上下移动,方便对桩腿和桩靴的检查和维修。     

自升式海上平台桩靴入泥深度预测

为了准确预测自升式海上平台桩靴入泥深度,基于扩展型桩靴在多个海上风场驻位时采集的工程数据对多种桩端承载力理论与基础承载力理论进行检验,经浅持力层与深持力层工程检验原位测试法应用于扩展型桩靴承载力计算具有良好的结果,可准确推测扩展型桩靴入泥深度。原位测试法在浅持力层误差不大于2.6 m时准确率达到100%,若在安装平台范围内深持力层土层发生变化时,桩靴入泥深度准确率达65%,该方法中粉土与粉质粘土地质桩靴阻力修正系数在0.05～0.06之间。     

自升式平台在多层土质上地基承载力计算

基于工程应用较为广泛的单层土的地基承载力的计算方法,提出一种多层土中地基承载力的计算方法,采用从底至上的逐步双层土修正。与实测数据对比分析表明,吻合较好。该方法能够较好地解决自升式平台在多层土质上插桩深度计算问题,并对挤压和穿刺问题进行较好的预测。     

南海海域地质参数变化对地基承载力的影响及穿刺评估

地质参数的正确选择对平台安全操作有重要意义。针对某自升式海洋平台所处南海海域地质土层,利用数值比较法对砂的内摩擦角Φ以及粘土不排水抗剪强度Su等地质参数进行研究。通过地质参数前后系数的改变在地基承载力计算结果的体现,比较数值得出结论,并通过地基承载力插桩曲线评估该土层发生穿刺危险的可能性。结果表明:将砂土内摩擦角降低5°,按实际的土层强度参数进行地基承载力计算和插桩深度预测,计算结果与实际平台操作结果接近,并且选取1.5的安全系数计算和评估穿刺危险也是可行的。