基于均匀和局部腐蚀模型的海上风电单桩基础承载特性

针对不同腐蚀形式对海上风电大直径钢管单桩基础承载特性的影响进行研究。基于Abaqus大直径钢管单桩有限元数值模型,分析均匀腐蚀、局部腐蚀以及均匀腐蚀与局部腐蚀联合作用对大直径钢管单桩水平和竖直承载特性的影响规律。结果表明：均匀腐蚀对单桩基础桩顶挠度影响显著,当腐蚀时间达20 a时桩身最大挠度增幅为15.9%,此时在局部腐蚀作用下其增幅仅2.0%;均匀腐蚀对单桩基础竖直沉降量影响较大,当腐蚀时间达20 a时桩顶沉降量的最大增幅为21.8%,此时在局部腐蚀作用下其增幅仅4.1%;在水平载荷作用下,局部腐蚀和均匀腐蚀均会导致桩身最大应力增大,且无论在水平载荷还是在竖直载荷作用下,在局部腐蚀处均出现小范围的应力集中现象。研究成果可为海上风电大直径钢管单桩基础防腐措施提供理论支持。     

海上风电开孔单桩承载特性数值模拟

为分析开孔对单桩基础水平方向和轴向承载特性的影响规律,采用Abaqus数值分析软件建立大直径单桩基础桩身开孔数值模型。结果显示：桩身开孔对大直径单桩基础的水平承载特性有一定的影响,当水平载荷为1 050 kN时,开孔桩桩顶的水平位移为0.030 m,无孔桩桩顶的水平位移为0.026 m,两者相差13.3%;桩身开孔对大直径单桩基础的竖直承载特性影响不明显,当轴向载荷小于12 000 kN时,开孔对桩的竖直承载特性的影响可忽略不计;桩身开孔导致应力集中现象,竖直载荷和水平载荷作用下的应力集中系数分别为4.2和1.1。研究成果可为海上风电施工建设提供参考依据。     

套管内壁球形腐蚀坑洞的应力集中效应研究

研究点蚀坑应力集中分布规律对套管防护和寿命预测具有重要意义。基于球形腐蚀坑模型,采用有限单元法对球形点蚀应力集中问题进行数值模拟,得到了应力集中系数随套管壁厚、腐蚀深度等参数的变化曲线,分析了双坑以及点蚀群情况下应力集中系数的变化规律,并将所得结果与理论计算结果进行了比较。分析结果表明,数值模拟在一定程度上验证了理论公式的正确性,应力集中系数随腐蚀深度的增加而变大;应力集中系数主要与h/d(腐蚀坑洞的深度与开口直径之比)的变化有关,套管的壁厚对应力集中系数影响较小;双坑点蚀交汇能够增大应力集中。     

考虑溜桩效应的单桩基础承载特性数值模拟

为分析竖向和水平载荷作用下溜桩对钢管桩承载特性的影响规律,基于理论分析得到的溜桩区间数据,建立考虑溜桩效应的桩-土数值模型。结果显示：当单桩受到竖向载荷时,溜桩减小桩侧摩阻力,溜桩对钢管桩竖向承载力的影响较为显著;当单桩受到水平载荷时,溜桩条件下钢管桩弯矩大于无溜桩条件下的弯矩,说明发生溜桩会导致钢管桩产生更严重的弯曲变形;溜桩条件下的极限土抗力小于无溜桩情况。     

温度及湍流对低碳钢的环烷酸腐蚀的影响规律

在炼制高酸原油的减压装置中存在显著的环烷酸腐蚀,对装置的长周期安全运行构成较大威胁。采用高温高流速环烷酸腐蚀模拟装置,研究了20G低碳钢在不同温度和湍流强度下的环烷酸腐蚀行为。结果表明,在不考虑其他因素影响时,低碳钢的环烷酸腐蚀速率(V)与温度(T)之间符合lnV正比于-1/T的线性规律;高温高流速下的平均腐蚀速率主要取决于腐蚀温度,在320℃时平均腐蚀速率最高,约为240℃时平均腐蚀速率的25倍;湍流强度对环烷酸腐蚀的影响主要表现于不同湍流区的局部腐蚀深度,不同温度下强湍流区的最大腐蚀深度与平均腐蚀深度比值可达4倍以上;强湍流状态会显著提高局部腐蚀速率,从而导致设备的快速减薄甚至穿孔。     

深井高温抗二氧化碳腐蚀水泥浆体系设计与优选

以分析高温条件下CO2腐蚀水泥作用过程为基础,研究了腐蚀条件对腐蚀深度的影响规律,分析了腐蚀深度对水泥石强度降低率的影响特点,对水泥浆体系基本组成进行了优选。结果表明,腐蚀深度随温度、CO2分压、腐蚀时间的增加而增加,分别近似存在对数、线性、平方根的关系,据此建立了腐蚀深度预测模型;不添加抗腐蚀填充材料(RCTM)的水泥浆,腐蚀后水泥石强度降低率随腐蚀深度的增加呈增加趋势,添加RCTM的水泥浆,水泥石抗压强度降低率在腐蚀初期随腐蚀深度增加有上升趋势,腐蚀后期有下降趋势。通过合理设计体系组成,改善水泥石微观结构提高原始强度,能有效提高水泥石抗腐蚀能力。本文设计的6#体系适用于大庆油田120～150℃的深井固井。     

组合载荷作用下开孔-接管区弹性应力试验研究

带接管内压圆筒通常受到内压和接管弯矩的共同作用,接管附加的弯矩载荷会影响内压圆筒开孔-接管区的强度性能。对4台不同di/Di比值的带径向接管圆筒压力容器在组合载荷作用下开孔-接管区弹性应力进行了试验研究,考察了内压和接管面内弯矩、内压和接管面外弯矩共同作用下开孔-接管区的弹性应力分布、应力集中以及2种载荷之间的相互影响规律。研究结果表明,接管附加弯矩载荷显著增加了承压容器在开孔-接管区的应力集中,且应力集中随开孔率的大小而变化,开孔率小的模型,接管弯矩变化对内压作用下各截面应力集中的影响较大;内压变化对接管弯矩作用下各截面应力集中的影响是开孔率大时影响相对较大,但关系不是很明显。     

水平动载下粉土地基中桶形基础承载力离心机实验研究

对动载作用下分层土中单桶基础动承载特性、四桶基础动承载特性进行了离心机实验模拟。结果表明,桶顶与粘土面相同时,有上覆粘土层条件下的桶基动力响应较无上覆粘土层条件下的孔压增长小,但沉陷大;桶顶与粘土层下的砂土面相同时比与粘土面相同时的响应大。桶基在动载后的静承载力得到提高。由于液化区的滤波和对动载的衰减作用,发生沉降的范围有限,离桶壁约一倍桶高距离。超孔隙水压从桶基边沿水平向逐渐衰减,从土面开始往下逐渐衰减到零。桶基周围砂土完全液化的厚度随载荷幅值的增加而增加,最大值约为桶高的40%。     

含腐蚀缺陷的顶张式立管局部屈曲特性

采用有限元软件ABAQUS建立顶张式立管局部模型,对全局腐蚀和局部腐蚀参数进行敏感性分析和相关性分析。计算结果表明:全局腐蚀和局部腐蚀的压溃因数对腐蚀深度、长度的敏感性较强,对腐蚀宽度的敏感性较弱,当腐蚀宽度大于一定值时,压溃因数不再发生明显变化;压溃因数与腐蚀深度、长度、宽度参数的相关性依次减小,腐蚀深度、长度对压溃因数的影响远大于腐蚀宽度对其的影响。     

高落差埋地X80含腐蚀缺陷管道地震响应研究

由于我国西南地区山脉连绵,存在大量高落差埋地输气管道,并且随着服役年限延长也会出现不同程度的腐蚀。同时山区高落差埋地含腐蚀管道在地震作用下受力复杂,而目前难以通过实地监测或者在试验中完成其地震响应研究。为此,基于西南地区某一典型高落差埋地X80管道的实际工况,建立了地震作用下高落差埋地含腐蚀X80管道有限元模型,探讨了腐蚀深度、腐蚀宽度和腐蚀长度对高落差埋地含腐蚀管道地震动力响应的影响规律。研究结果表明：在地震波和内压的加载下,腐蚀深度的增加会使最大等效应力呈线性向上增加趋势,而内压和敷设角度会影响管道发生腐蚀后的初始应力值;最大等效应力随腐蚀长度的增大而增大,当敷设角度为60°时,腐蚀长度超过0.3D(D为管道外径)后,敷设角度对管道最大等效应力的影响超过了腐蚀长度;最大等效应力随腐蚀宽度的增大而减小;通过参数敏感性分析得出,腐蚀深度对地震作用下高落差埋地管道最大等效应力影响最大(占比为0.71),其次为腐蚀长度(占比为0.27),腐蚀宽度影响最小(占比为0.02)。在天然气管道设计和施工阶段,应避免敷设角度大于45°,对于在役管段出现腐蚀处应重点监测其腐蚀深度。所得结论可为山区长输...     

饱和粘土中导管架平台单桩水平承载力分析

运用ABAQUS有限元分析软件,建立饱和粘土中单桩的桩土耦合模型,对现役导管架平台桩基在水平载荷下的承载问题进行了数值分析。分析结果表明,6倍桩径以上为桩的关键受力部位,平台设计时桩从泥面往下6倍桩径处必须加厚处理,保守设计为12倍桩径;最大土抗力出现在2.5倍桩径处,最大位移为土表面;水平载荷下桩土的承载部位主要集中在上部,土抗力出现最大值的位置比桩出现最大弯矩的位置要往上,并且土抗力不会随着深度的增加而无限增大。该项研究结果对平台的设计及现役导管架平台的评估有一定参考价值和指导作用。     

裂缝对寒冷地区水面光伏支架PHC管桩力学性能影响

采用Abaqus数值模拟方法研究冻胀力作用下预应力高强度混凝土(Prestressed High-Strength Concrete,PHC)管桩开裂状态、纵向开裂时管桩的性能退化情况和极端风载荷作用下管桩的承载能力。研究发现:在无钢筋锈蚀的情况下混凝土裂缝对管桩整体弹性模量影响较小;开裂后的管桩在极端风载荷作用下裂纹尖端会有应力集中现象出现,但整体稳定性与未开裂的管桩相差不大。研究内容为保障冷湿环境下PHC管桩的正常运行提供一定的理论参考。     

隔水导管复合群桩竖向承载特性

基于有限元方法对阵列排布的隔水导管组成的群桩基础开展竖向载荷作用下的破坏模式研究,分析不同井口间距、桩数、桩径和桩长下隔水导管复合群桩基础的极限承载力和轴向载荷传递规律,结合隔水导管的结构特点,推导适用于隔水导管复合桩的群桩效应系数计算公式。研究表明：隔水导管复合桩群桩效应系数随距径比Sa/D1的增大、桩数N的减小、桩径D1的增大及不排水强度Su的增大而增大;增加变截面以下桩长L2,可提高复合群桩中心桩承载力发挥程度。与相同工况普通钢管桩群桩基础相比,隔水导管复合群桩基础的侧摩阻力发挥更加充分,群桩效应系数更高。     

砂性基础大直径单桩水平承载力预测模型

研究江苏岸外辐射沙洲大直径单桩水平承载特性,基于现场试桩和有限元数值模拟相结合的研究方法,开展单桩水平极限承载力分析数值模拟。得到主要结论如下：试桩的桩身挠度在近桩底处趋于零,呈现典型的柔性桩特征;随着水平载荷的增大,试桩桩身最大弯矩逐渐增大,所在位置逐渐下移,约在泥面以下2.2D～2.5D处;提出大直径单桩水平极限承载力预测模型,基于该模型所得单桩水平极限承载力预测值与数值模拟结果相符得很好,平均相对误差仅4.9%,最大相对误差小于11%。     

钻井船插桩对海洋平台桩基影响的数值研究

运用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange, CEL)方法对钻井船就位插桩过程引起的土体响应进行分析,得到钻井船插桩过程引起的土体响应规律。在此基础上,研究钻井船桩靴对邻近海洋平台桩基的影响,结果表明:距桩靴最近的桩基受到的影响最大;随着钻井船桩靴贯入深度增大,桩基应力逐渐增大,桩基最大应力位置逐渐下移;桩靴对其斜下方处桩基应力和水平位移影响最大。钻井船插桩过程对邻近海洋平台桩基周围土体影响深度为桩靴插入深度,桩靴对桩基承载力和轴向位移影响较小。     

循环水风机叶片U型螺栓断裂分析

某石化厂循环水冷却塔风机叶片U型螺栓发生断裂.采用了宏观检查、化学成分分析、金相分析、扫描电镜和能谱分析等检测手段查找断裂失效原因.分析认为:U型螺栓断裂失效是材质因素、腐蚀性介质、拉伸应力和交变应力等因素的共同作用造成的,腐蚀类型包括应力腐蚀、晶间腐蚀和腐蚀疲劳.在螺栓表面局部应力集中处产生晶间应力腐蚀裂纹,裂纹扩展到一定程度后成为腐蚀疲劳的裂纹源.随着裂纹不断地扩展,当螺栓有效截面的承载能力不足以抵抗外加载荷时,就会发生瞬时断裂.根据分析出来的原因,制定了预防措施.     

裸眼完井中螺旋钻孔-射孔套管力学性能分析

结合套管室内材料试验及有限元仿真分析,分别对祼眼完井中螺旋钻孔-射孔套管在不同深度的直井和水平井中承受非均匀载荷的力学性能进行分析。结果表明,随着井深增加,垂直完井和水平完井套管所受的应力和最大位移都逐渐增加;在同一井深情况下,套管无孔、螺旋钻孔、螺旋钻孔同时射孔3种状态下,随着孔眼数量和孔眼面积的增加,套管最大位移增加,最小应力减小,应力集中加剧,应力集中是降低螺旋钻孔、射孔套管强度的主要因素。研究方法和结论可为合理选择、设计套管,确定套管钻孔和射孔的孔径、密度等提供一定的理论依据。