系列自升式钻井平台桩靴设计与强度评估

自升式平台桩靴的设计形式和结构强度关系到整个平台性能和安全。针对所设计的400ft水深自升式平台两种桩靴结构形式,应用MSC/NASTRAN软件建立有限元模型,依据ABS规范要求并根据实际环境设计结构强度评估工况,对两种桩靴结构进行强度校核,同时计算桩靴各部分质量,分析计算结果最终得出一种较优的桩靴结构形式。     

自升式钻井平台桩靴结构强度分析

桩靴是钻井平台的重要支撑构件,其结构强度对整个钻井平台的安全起着至关重要的作用。以某自升式钻井平台桩靴为研究对象,根据ABS(美国船级社)规范要求,建立桩靴结构强度的力学模型,并合理简化,分析了预压载和自存两种工况下的设计载荷。利用有限元软件MSC.Patran/Nastran对两种工况下桩靴的强度进行分析,研究得到桩靴强度工程化分析流程以及结构强度特性,分析结果为自升式钻井平台的桩靴设计提供参考。     

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。     

自升式服务平台桩靴结构优化设计

桩靴作为自升式平台的重要结构之一,在整个平台的就位和作业等方面发挥着重要作用。针对350ft自升式多功能服务平台的2种桩靴结构形式,应用MSC Patran和Nastran建立有限元模型,依据美国船级社相关规范对不同工况下2种不同形式桩靴的强度进行评估,并分别对2种桩靴的质量进行统计。对计算结果进行分析比较,并提出一些可行性建议。     

风电作业船可调桩靴及其性能研究

针对风电作业船桩靴易受桩腿滑移和拔桩困难等的影响,而无法适应复杂的海底环境的问题,提出了一种新型可调桩靴和设计整体方案。在分析可调桩靴的机构运动学规律的基础上,采用数值分析法探讨了可调桩靴和传统桩靴结构在极限载荷下的屈曲稳定性能,理论计算了两种桩靴结构的拔桩能力并进行了对比分析。计算结果表明:带有可调桩靴的桩腿结构屈曲稳定能力显著增强,其拔桩阻力低于传统桩靴,更易于拔桩。     

海上风电安装平台新型可调桩靴设计及有限元分析

针对具有高稳定性、高起吊能力的未来超大型海上风电安装平台采用传统方形结构桩靴支撑桩腿面临的站立稳定性不足的问题,设计一种插桩深度可调的新型三支架型结构桩靴。与传统方形结构桩靴支撑桩腿相比,新型可调桩靴支撑的桩腿在不同入泥深度条件下的最大位移都较低且具有更高的屈曲临界载荷。新型可调桩靴结构提高了桩腿的站立稳定性,进而可以提高海上风电安装平台的稳定性。     

自升式平台桩靴结构优化设计

结合有限单元法和尺寸优化理论,对某自升式海洋平台的桩靴结构进行了设计与优化。根据桩靴设计要求确定各部件尺寸和相应材料参数,以此建立桩靴的有限元模型。针对CCS对桩靴提出的工况依次进行分析计算,获得各工况下应力与位移的分布特征和土壤作用力在结构中的传递路径。然后进行板厚尺寸的优化。计算结果表明,桩靴在偏心工况且偏心角度为60°时应力达到最大,且土壤流失可能性最高;尺寸优化后,桩靴的质量明显减少,应力分布更加均匀,材料利用率得到有效提高。     

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。     

自安装井口平台桩靴结构强度分析

针对自安装井口平台需要在目标油田进行长期作业不撤离的特点,提出一种适用于自安装井口平台的无浮力式桩靴,桩靴设有新型的自适应式封堵楔块结构,通过封堵楔块运动解决平台站立状态时的桩腿浮力对平台的不利影响,使用有限元法对桩靴结构本体、封堵楔块在平台插桩和站立作业状态时的受力情况进行数值模拟分析,结果表明,新型自安装井口平台桩靴安全。     

两种桩靴强度校核方法的比较

基于两种不同的桩靴强度校核方法,采用SESAM软件对桩靴进行静强度分析.以一典型桩靴为数值算例进行计算,计算结果表明采取不同的校核方法对校核结果有较大的影响,特别是模型的边界条件对校核结果的影响较大,应尽量减少约束对校核的影响.     

JU2000E超大桩靴制作工艺

桩靴是自升式平台的主要结构之一,合理的建造方案设计和工艺方法对超大桩靴制作具有重大影响。全程跟踪JU2000E钻井平台的超大桩靴现场建造过程,总结超大桩靴制作相关技术要求和工艺要点,为船厂在超大桩靴制作领域积累相当的经验,提供通用性、标准性建造方法,为类似项目提供一定的借鉴参考。     

自升式平台圆柱桩腿与桩靴相交处的简化疲劳分析

研究了自升式平台圆柱桩腿与桩靴相交处结构的简化疲劳分析方法。首先建立平台整体水动力模型,计算得到基于一定概率下的波浪载荷。然后建立部分圆柱桩腿和整个桩靴的有限元模型,依据该概率下的波浪载荷计算得到桩腿与桩靴连接结构的最大热点应力范围。最后根据简化方法公式计算了此处结构在该概率下对应的许用应力范围并进行校核。该方法可为同类型结构的简化疲劳评估提供重要的参考意义。     

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。     

桩腿滑移对自升式平台结构及RPD影响

针对自升式钻井平台在"踩脚印"过程中,桩靴位置发生横向滑移,会对平台结构造成破坏的问题,根据平台结构及桩腿的极限承载能力,计算出桩靴沿x轴0°、60°、90°、120°、180°方向滑移的极限距离;监测桩腿RPD值,总结得到桩靴在不同方向滑移距离与RPD之间的关系,为平台设计人员和操作人员提供参考。     

自升式平台板壳式桩腿设计

桩腿是自升式平台的关键部件,其设计强度不仅决定着平台的作业能力和相应环境条件的选取,而且是平台升降系统选型及其主要性能参数确定的重要依据。结合近年来海上风能开发的热点,以目前市场上主流的自升式风电安装平台为研究对象,结合其作业和功能特点,综合平台载荷工况的特征和强度要求,对桩腿截面型式的选取、内部环筋加强结构和桩腿桩靴连接区域结构的设计及插销孔的强度分析等关键技术进行深入研究。得到适用于柱型桩腿设计和强度分析的工程化方法,为此类结构设计提供参考。     

自升式平台水密桩靴内部介质与桩靴结构承压性能计算分析

根据不同填充介质(不同的海水与空气比例)压缩特性下自升式平台水密型桩靴变形与内压的变化情况,利用有限元计算得到桩靴变形(体积压缩量)与内外压力差值之间的关系和回归公式,给出反应内部介质、桩靴内压和桩靴容积变化量关系的解析方程组。利用某400 in自升式平台桩靴的实例定量绘制了在100 m水深下空气含量与桩靴内压支撑之间的关系曲线,通过曲线了解到水密桩靴中的空气对内外压差影响的显著性,提示水密桩靴作业中的风险点,给出水密桩靴设计中计算载荷的建议。     

桩靴形式对PHC桩穿透性能的影响

坦桑尼亚某水工项目桩基施工采用直径800和1 000 mm两种类型的PHC桩,针对不同桩靴形式的基桩穿透性能进行研究。从桩尖形式、桩靴长度、钢桩靴与PHC桩连接方式对PHC桩沉桩总锤击数、贯入度变化进行统计,结合不同桩靴形式在相同地质条件下的贯入度、桩身应力、能量等参数进行对比。结果表明,外突十字桩尖PHC桩穿透性能最强;桩靴长度增加其基桩穿透能力增加,但桩靴长度大于5 m时,其基桩穿透能力增加不明显;钢桩靴与PHC桩法兰盘采用斜角坡板焊接能减少沉桩过程土阻力,基桩贯入度较大,更易穿透至设计高程。     

自升式风车安装船桩靴强度评估

简要介绍近海风车安装船的功能和特点。选取风车安装船自存、作业、预压载等典型设计工况,结合装载工况、入泥深度、桩腿基础处的边界条件等因素,参考挪威船级社规范的推荐方法,应用SESAM软件建立有限元模型对桩靴结构强度进行评估。     

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。     

海上风电安装船关键部位结构强度研究

海上风机吊装作业船是建设海上风电场的关键设备,具备自航、自升、运输、起重等功能,安装作业工况复杂。利用有限元软件对海上风机吊装船的船体平台和桩腿、桩靴、固桩架等关键结构的力学性能进行了较为全面的研究和分析。计算结果表明,船体和其他关键结构的强度与刚度均满足要求。研究工作有助于掌握和了解该船型的结构特点和各关键结构的应力水平,对结构设计和相应规范的制定有一定的参考价值。