几种自升式平台桩土作用有限元简化方法的比较（英文）

文章以某一自升式海洋平台桩腿结构作为研究对象,在分析环境载荷作用下自升式海洋平台桩腿—土相互作用机理的基础上,结合通用有限元软件ANSYS,对于如何在有限元建模中正确地考虑桩腿—土的相互作用的问题进行了研究,建立了完整的海洋平台桩腿模型,并分别采用了三种不同的有限元建模方法来模拟土层和桩腿之间的相互作用,通过有限元计算结果与实际检测样本数据的比较,分析了三种简化方法的准确性和可行性。     

基于ANSYS的自升式海洋平台桩腿风暴自存工况动态响应研究

桩腿是支撑海洋钻井平台的关键构件之一,它的设计优劣直接关系到整个钻井平台的使用寿命。本课题主要对桁架式桩腿进行强度分析,在已经具有JU200自升式钻井平台的相关技术参数下,查阅相关资料,并基于Airy波和Stokes波理论确定了在风暴自存下的自升式海洋平台桩腿的风浪载荷的耦合载荷。根据桩腿的工况进行环境载荷的计算,确定和简化有限元模型的不同的边界条件,使用了ANSYS有限元分析软件及其参数化设计语言APDL对桩腿进行仿真。探讨研究自升式海洋平台桩腿工作环境载荷模拟的有效性与适用性以及自升式海洋平台桩腿结构响应模型的有效性,这对于安全评估、设计桁架式桩腿提供了一个有效的方法和工具。     

自升式海洋平台桩腿结构优化设计

以自升式海洋平台三种典型桩腿形式作为研究对象,采用有限元软件ANSYS对不同桩腿结构进行数值分析,对比分析结果表明倒K型桩腿具有较好的力学性能.通过优化倒K型桩腿结构尺寸使其在保持较好力学性能的同时更具经济性.     

面向腐蚀环境的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

以某公司300ft自升式海洋平台桩腿为研究对象,根据平台桩腿的工作环境的波高和波浪周期对其疲劳环境工况进行划分,采用Airy波理论和PM双参数谱计算平台桩腿不同工况下所受的波浪力谱,通过ANSYS有限元软件对平台进行三维建模,分析其在波浪力下的应力响应。建立桩腿在环境载荷下的可靠性模型,同时针对当前研究中的不足,考虑到腐蚀对于桩腿可靠性的影响,提出并建立在环境载荷与腐蚀耦合作用下的桩腿时变可靠性模型,根据应力响应分析结果,分析桩腿腐蚀最严重区域构件的时变可靠性变化规律,对比两种模型下的桩腿结构可靠性,确定腐蚀因素对桩腿时变可靠性的影响。根据可靠性分析结果,结合自升式海洋平台桩腿的工作环境和服役周期,为平台桩腿的维护与保养提供一定参考。     

自升式海洋平台桩腿齿条相位差分析研究

RPD是桁架式桩腿两相邻弦杆的垂向位移差。自升式海洋平台在升船、预压升船及预压载等工况下,桩腿RPD值不允许超过其最大可容许值。以一个桁架式桩腿的自升式海洋平台为例,论述了RPD计算原理和计算方法,进行了详细的数值计算,并分析得到桩腿的最大可容许RPD值。论文提供的方法和思路对自升式平台使用者及平台设计人员具有一定的指导意义。     

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。     

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

本文研究了腐蚀与疲劳载荷耦合作用下自升式平台桩腿服的可靠性问题。采用ANSYS对自升式海洋平台桩腿结构进行建模,根据平台服役海域的波浪散布图对桩腿结构的工况进行划分,确定浪溅区桩腿结构的疲劳关键节点及其等效应力;以桩腿材料E690高强钢为对象,进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验,获得了不同环境下的疲劳裂纹扩展参数;提出了基于断裂力学的浪溅区桩腿关键节点的时变可靠性模型,与采用现有腐蚀模型的桩腿时变可靠性指标进行了对比,结果表明了本文所提方法能有效地反映平台桩腿服役期间关键节点的时变可靠性变化趋势,为平台在服役期间的安全运行与维护保养提供了理论指导。     

考虑船体与桩腿间隙的自升式平台桩腿疲劳寿命评估

以作业水深为76.2m的自升式平台为例,研究桁架式老龄自升式平台桩腿疲劳寿命的评估方法.考虑桩腿和船体之间间隙非线性接触建立整体有限元模型,针对桁架式桩腿弦杆截面为非圆柱截面的特点,提出了其水动力计算和结构应力计算的有效方法.采用有限元方法计算各疲劳子工况下的动力响应,确定应力传递函数及相应的应力谱,预报平台桩腿的疲劳寿命.     

自升式平台的结构强度分析

自升式钻井平台是指具有活动桩腿,并可将平台主体上升到海面以上一定高度进行作业的平台,它在海洋石油开发中被广泛采用.本文采用Zenscad海工结构分析软件,对一个典型的自升式钻井平台进行了结构静力分析,并分别针对预压载工况、正常作业工况以及极端工况,对平台主体和桩腿的强度进行了校核.荷载主要是考虑了结构自重、功能荷载以及环境荷载.有限元建模主要采用了梁单元和板壳单元,其中梁单元用于模拟桩腿、强横梁、底肋板、纵桁、舱壁垂直和水平扶强材等强力构件,板壳单元用于模拟主甲板、底板、船体外围板以及舱壁板等结构.基于上述分析,结果给出了构件的应力水平、最大节点位移以及桩基支反力.本文对自升式平台的结构设计和在位分析具有一定的参考价值.     

桩腿升降对自升式平台稳性的影响

自升式平台作为一种非常重要的移动式结构物,是海洋油气开发的基础装备之一。论文以大连船舶重工集团自主研发的400英尺自升式钻井平台为依托,研究自升式平台在不同桩腿位置的工况下进行拖航时的完整稳性和破舱稳性,并对计算结果进行了分析和比较,为自升式平台的设计者和操作者提供了建设性的意见。通过研究,考察了自升式平台在不同桩腿位置的工况下进行拖航的安全性和可行性,提高了海洋工程产品的设计研发能力。     

水平荷载单桩的三维有限元分析

利用有限元程序ANSYS对桩土相互作用体系中单桩的横向静力响应进行了三维有限元数值模拟。分析了是否考虑土体的弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了确定接触面参数的方法,以及有效模拟单桩横向响应的有限元模型,最后进行了实例验证,得到了有价值的结论。     

桩土效应与地震对自升式平台动力响应影响分析

以某400英尺自升式钻井平台为研究对象,建立了相应的三维有限元分析模型,综合考虑风浪流包括地震等环境载荷和桩土效应的影响,对风暴自存状态下自升式钻井平台的响应进行了分析,通过比较传统的铰支模型和基于Winkler地基梁的桩土相互作用模型,并叠加地震波的作用,结果表明,传统的铰支模型计算结果偏于保守,考虑了桩土效应后,平台的最大侧向位移有所降低。同时,地震对平台的响应分析结果影响较大,叠加地震波后平台的水平向位移最大值增大幅度在60%以上,且不同的桩基模型考虑地震后增大的幅度也不一样。     

不规则桩基大平台数值分析与应用

桩基础平台在沿海软土地基中应用广泛。对某不规则桩基平台进行数值模拟,利用ANSYS有限元分析软件对某一大平台工程进行三维有限元建模,选取合适的接触模型模拟桩-土相互作用,在施加设计荷载后对模型进行整体运算。结果表明,模型中大部分桩体在桩-土相互作用下其桩节点高程12. 5 m附近摩阻应力达到最大,其中少数摩阻应力最大值发生于桩节点高程10或15 m处;各桩桩身摩阻应力沿着水平荷载合力方向不断增加。     

桩-土-承台相互作用的有限元简化模型

针对低桩承台结构计算中往往只考虑桩土作用,忽视承台与土相互作用的问题,通过工程实例,建立考虑桩-土-承台相互作用的低桩承台有限元简化模型,分析桩间土的承载作用对承台和桩内力的影响。结果表明:在简化模型中考虑桩间土的承载作用后,承台弯矩和桩基轴力可减少35%～40%;桩身弯矩和剪力主要受水平力和土体m值影响;桩基轴力随地基土基床系数的增大而逐渐减小,但减幅逐渐趋缓。     

高桩墩台桩土共同作用对结构内力的影响*

根据广州某高桩墩台结构断面图和土层参数勘察报告,建立了包含墩台、桩基及土层的三维有限元模型。桩土界面采用面面接触模型,允许桩土分离及滑移,通过接触应力反映桩基土对桩的侧压力和摩阻力。分析得出了高桩墩台在多种荷载组合下的应力场和位移场,以及各桩的弯矩图和轴力图。并进一步将有限元结果与以丰海高桩墩台计算程序为代表的传统嵌固点法计算结果相比较,分析了2种方法单桩轴力图、弯矩图的差异及原因,同时分析了桩基土对结构内力的影响,得到桩排中的最大轴力弯矩桩的位置及单桩上轴力弯矩极值点的位置,为传统的嵌固点法计算结果提供了一些修改与补充,从而为高桩墩台结构设计提供参考。     

自升式平台桩腿海上对接过程中的碰撞问题

碰撞现象在海上作业中时有发生,给人员和财产安全带来极大威胁。本文基于非线性有限元理论,研究自升式平台桩腿吊装过程中浮吊船与平台的碰撞问题以及桩腿移动就位时对平台上层建筑的碰撞问题;分析撞击过程中平台的变形与应力变化及结构失效等情况,给出使平台不同区域发生破坏的临界碰撞速度;给出了浮吊船在就位过程中的安装制动距离以及移动过程中与上层建筑间的安全距离和移动速度限制,为桩腿海上吊装作业方案设计提供参考。     

水平荷载下单桩有限元模拟结合p-y曲线法分析

为了分析在水平荷载下单桩的横向响应问题,利用有限元程序ANSYS对桩土相互作用体系进行了三维有限元数值模拟,分析了土体是否考虑弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了有效模拟单桩横向响应的有限元模型;进一步提出了确定接触面刚度参数及p-y曲线地基反力系数修正接触面刚度参数的方法。最后进行了实例验证,得出了地基非线性因素的影响是不可忽略的重要结论,并有效提高了有限元模型的计算精度。     

负载试验下的自升式钻井平台悬臂梁结构变形分析

以某自升式钻井平台为例，详细介绍悬臂梁负载试验所采用的试验载荷和工况。采用有限元分析软件对悬臂梁进行结构建模，并将模型理论结果与修正的试验测量结果进行对比分析。实际变形量与理论变形量吻合较好，可对悬臂梁负载试验方法和变形分析提供有效的指导。     

考虑桩-土作用的PHC管桩极限变形及其影响因素分析

单调荷载作用下PHC管桩的极限变形是判断结构损伤的一项重要参数。为了解桩、土参数对PHC管桩在单调荷载作用下变形的影响,采用ABAQUS有限元软件的纤维梁单元模型和共结点法,建立考虑桩土相互作用的PHC管桩有限元模型,使用P-y土弹簧模拟桩土相互作用,混凝土采用UCONCRETE03本构模型,预应力纵筋采用USTEEL02本构模型,分析配筋率、桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比等参数对PHC管桩极限变形的影响规律。计算结果表明:桩基极限位移随桩基配筋率的提高而增加,但随桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比的增加而减少,并拟合单调荷载作用下的PHC桩基极限位移的计算公式。     

水平承载大直径管桩工作性状的有限元研究

为了进一步了解大直径管桩在水平力作用下的工作性状,文中基于有限元方法对水平承载桩的受力变形进行了模拟分析,考虑到土体的非线性因素以及桩-土界面的接触特性,引入了界面接触单元,利用惩罚函数的算法对其工作性状进行了综合分析,并分析了在分级加载作用下的桩身内力的分布模式和变化规律。