深水导管架平台极限承载能力分析

以我国南海深水的固定式导管架平台为研究对象,采用SESAM软件的Geni E模块进行了有限元建模,分析了作用在平台上的基本载荷和环境载荷,对平台进行了无初始缺陷和考虑腐蚀条件的极限承载能力分析,同时将3个服役期平台的极限承载能力进行对比。建模时将土壤划分了15层,并采用API规范模拟桩-土之间的相互作用力。分析结果表明,当载荷从不同方向作用时,平台的极限承载能力各有差异,载荷从西南、东南、东北和西北4个方向作用时平台的强度储备系数比其他方向小很多;在考虑海水对平台的腐蚀作用后,平台在东、西、南、北4个方向加载时强度储备系数发生了明显下降,随着服役时间的延长这种下降会更加明显。     

构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响

针对传统导管架平台在进行极限承载力分析时未考虑构件直线度缺陷对结果的影响问题,采用非线性逐步倒塌的分析方法研究构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响。根据直线度公式建立不同构件直线度导管架平台有限元模型,考虑导管架平台环境载荷作用,采用非线性倒塌分析方法计算导管架平台极限承载力。结果表明,导管架平台在45°方向强度储备能力最差,构件不直度使其极限承载力严重退化。     

深水导管架平台抗台风极限承载能力

针对台风引起的甲板上浪问题,采用API模型与Stokes 5th波原理确立上浪载荷计算方法与流程,基于Pushover分析原理,提出广义储备强度系数GRSR以用于服役平台环境条件改变时的承载能力评估。在此基础上,以某深水导管架平台为研究对象,考虑固支与桩-土非线性作用两种边界约束,计算得到平台设计载荷下端向、斜向与侧向3种方向的承载能力曲线与塑性应变分布,并对其极限承载能力与失效模式的内在关系进行深入探讨;进一步考虑甲板上浪载荷作用对平台进行推覆分析,研究不同上浪高度下平台极限承载与失效模式。结果表明,上浪载荷导致平台极限承载能力降低,当上浪高度达到一定值时,平台塑性区集中于导管架顶部,主控失效模式演变为上部组块侧翻倒塌,这与台风后观察到的平台失效模式一致。研究成果可为中国深水导管架平台抗台风工程提供参考。     

导管架式海洋平台全寿命极限承载力计算研究

对平台在全寿命期内,计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤因素及其随机特性,基于固定式平台结构基底极限抗剪切能力计算方法,发展了一种平台全寿命期极限承载力计算方法。并以一位于墨西哥湾海域处八桩腿导管架平台为例,进行了平台全寿命期内动态承载力计算,同时考虑其随机分布的特性,进行了统计分析,得到平台在每个瞬时服役期内的极限承载力统计量随服役年限的变化规律。     

硬土层地基破坏模式及承载能力有限元分析

存在硬土层的层状地基承载能力分析是自升式平台插桩分析的关键问题。目前对于成层土地基的极限承载力往往采用近似的方法进行计算,对地基土的破坏机制以及中间荷载下土体的应力、应变情况等问题未得到很好的解决应用有限元法(FEM)对自升式平台在硬土层地基中插桩时地基土的破坏模式和承载能力进行了分析,研究表明,B/H越大,下伏软土层越容易发生塑性破坏,极限承载力明显下降,当B/H<0.3时可以忽略下伏软土层对地基承载力的影响有限元法与3:1扩散法计算的地基极限承载力结果十分接近,通过对某平台就位实例的分析表明,有限元法分析结果与实测结果较为吻合。     

基于等效刚度矩阵的导管架平台安全可靠性分析

结合胜利埕岛油田导管架平台，探讨了在海水均匀腐蚀和受冰载荷作用条件下，造成浅海导管架平台构件损伤的原因；开发出构件等效刚度的计算模块，进行了平台结构强度分析，并运用有限元法计算平台在环境载荷下的极限承载力；对导管架平台进行了安全可靠性分析。     

深水导管架平台结构动力推覆分析方法

针对动力放大效应明显的深水导管架平台,将非线性动力分析与传统Pushover相结合,提出动力推覆分析（DPA）方法,用于研究平台结构极限承载能力及倒塌力学行为。提出安定状态的概念,作为平台动力倒塌的临界判据,引入动强度储备比和动载比等指标,建立了完善的DPA评估体系。以某深水导管架平台为例,分别从平台极限承载能力、位移响应以及失效模式3个方面对DPA和传统Pushover方法进行对比分析。结果表明：考虑动力放大效应后,基于DPA评估的平台极限位移增大,强度储备有所降低,相比Pushover方法,评估精度更高;DPA与Pushover方法所得到的塑性分布基本相同,载荷动态效应不会改变平台结构的失效模式;DPA能够更好地反映环境载荷动态历程,有效追踪平台结构的倒塌失效过程。     

基于双剪强度准则的拉压异性材料厚壁圆筒的极限分析

本文运用双剪强度屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同材料厚壁圆筒进行了极限分析,得到了依赖于材料拉压比的弹性极限载荷和塑性极限载荷公式,分析结果表明,材料拉压屈服强度的不同对结构承载能力有一定的影响,所得到的极限载荷公式可供设计人员参考。     

射孔对生产套管强度的影响规律研究

为了深入了解射孔对生产套管强度的影响,采用弹塑性有限元分析方法,分别对未射孔套管和不同射孔密度套管的极限承载力进行了分析.计算和试验结果都表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.     

极端风暴潮下近海导管架平台结构安全分析

基于导管架平台极端环境作用下极限状态的分析,研究了近海导管架平台的结构安全。由极端风暴潮载荷的模拟方法,确定适用于近海导管架平台的安全评价方法。并以某近海导管架平台为例,进行甲板上浪载荷计算、静力非线性分析、动力响应分析及极限承载能力分析。结果表明:极端风暴潮作用下的上浪载荷会减弱近海导管架结构的极限承载能力,也会影响其抗力,须予以重视。     

基于验证载荷的老龄平台结构可靠性更新分析

将老龄平台已服役期内承受的年极值波浪载荷视作验证载荷,同时考虑老龄平台构件的抗力衰减,并以动态时变可靠度理论作为理论依据,计算了老龄平台构件的动态可靠度,分析了验证载荷和已服役载荷2种作用对老龄平台结构可靠度的影响。结果发现,在对老龄结构进行可靠性评估时,若忽略验证载荷的验证作用,将使得评估结果偏于保守。充分利用老龄平台结构在已服役期内经受的历史载荷信息,考虑已服役载荷对老龄平台结构的验证作用,则有利于制定检修策略,从而有效延长老龄平台结构的使用寿命和经济寿命。     

含腐蚀凹坑缺陷管道的极限载荷研究

腐蚀凹坑是石油与天然气输送及石化管道常见的缺陷之一 ,会使管道产生应力集中 ,抗疲劳载荷能力降低。为寻求腐蚀球形凹坑对压力管道极限载荷的影响 ,用有限元弹塑性分析法和试验方法 ,对含腐蚀球形凹坑缺陷的压力管道进行研究 ,得到了含不同球形腐蚀凹坑缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷。试验研究证明 ,在内压和外弯矩作用下 ,腐蚀球形凹坑底部应变值最大 ,并首先屈服 ,试验测定载荷 -应变曲线与有限元计算的基本一致 ,最大误差为 7 3 2 %。腐蚀凹坑半径相同时 ,管道的极限载荷随凹坑深度的增加而降低 ;而凹坑深度相同时 ,极限载荷随凹坑半径的加大而降低。     

缺陷和损伤对导管架式海洋平台结构极限承载力的影响

首先讨论海洋平台结构缺陷和损伤的特点及在平台结构极限承载力分析中的考虑方法;其次根据平台结构完好和有损状态的极限承载力,定义了平台结构的储备强度和剩余强度;最后,采用导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析程序UAP,分析了裂纹类缺陷、凹痕类缺陷、腐蚀、海生物附着、地基土冲刷等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的影响,从而为海洋平台结构的维修决策提供了依据。     

压弯载荷下底部减薄三通塑性极限载荷分析

采用有限元分析软件ANSYS,对常见等径三通进行数值模拟分析,求得内压与弯矩联合作用下的塑性极限载荷有限元解;研究了不同比例内压、面外弯矩联合载荷作用下,底部减薄尺寸对三通失效模式和极限承载能力的影响。研究结果表明,无量纲化的底部减薄深度c≥0.4时,缺陷的存在才会对三通极限承载能力有显著影响。内压较大时,轴向减薄尺寸是造成底部塑性失效的主要因素。通过对大量算例的拟合,提出了压弯联合载荷作用下含底部减薄三通的塑性极限载荷工程估算公式。     

四川气田采气井口装置承载能力分析

采气井口装置由于均匀腐蚀和点蚀的作用,其承载能力会缓慢下降,采用有限元法,对承载能力进行计算和分析,得出采气井口装置所能承受的极限载荷及其承载能力随使用时间的增长而下降的规律;将计算分析结果与四川气田现场使用资料进行对比后得出了“采气井口装置能够承受压裂酸化施工中一定范围内的超负荷压力”以及“采气井口装置承载能力下降速率低于地层压力下降速率”两个重要结论。目前,采气井口装置的选用原则是采气井口装置安装选取的额定压力级别通常是介质压力的1．3倍～1．5倍。     

缺陷和损伤对导管架式海洋平台结构极限承载力的影响

首先讨论海洋平台结构缺陷和损伤的特点及在平台结构极限承载力分析中的考虑方法;其次根据平台结构完好和有损状态的极限承载力,定义了平台结构的储备强度和剩余强度;阳后,采用导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析程度ＵＡＰ,分析了裂纹类缺陷,凹痕类缺陷,腐蚀,海洋生物附着,地基土冲刷等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的影响,从而为海洋平台结构的维修决策提供了依据。     

含贯穿性损伤海洋平台结构强度分析

采用有限元方法,通过局部实体建模,提出一种海洋平台整体结构有限元分析方法,用实体模型模拟海洋平台构件连接处的贯穿性开裂损伤。建立多损伤模型,分析局部损伤对海洋平台结构整体强度的影响。以渤海的某一现役导管架平台为研究对象,根据设计规范,分析在环境极值载荷下平台的应力场。研究表明,当开裂损伤圆周弧长大于110°时,平台最大应力发生在损伤处,开裂损伤边缘应力值超过材料的屈服极限,使导管架撑杆产生塑性变形,最终会导致管件断裂。研究方法为现役平台的分析与评估提供了更为精确和符合实际的手段,为海洋平台的检测、维修决策和结构承载潜力挖掘提供了科学依据。     

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。     

碳纤维增强聚合物加固含腐蚀缺陷的YY型管节点静力性能分析北大核心CSCD

海洋环境下的导管架平台易发生腐蚀而导致承载力下降。为了提高含有腐蚀缺陷的导管架平台的承载力,提出了采用碳纤维增强聚合物(CFRP)加固含腐蚀缺陷YY型管节点技术。通过试验测试与有限元模拟相结合的方法,对CFRP加固含腐蚀缺陷的YY型管节点在支管轴向压力作用下的静力性能进行了研究,分析了未加固节点和经CFRP加固节点在破坏模式、变形、等效屈服应力和承载力等方面的差异,详细研究了节点试件的失效机理和过程。研究结果表明,经CFRP加固后YY型管节点的极限承载力提升了40.9%,CFRP加固方法能有效延缓管节点失圆率,缓解节点部位的应力集中现象;加固节点失效时的塑性区域显著降低,CFRP约束主管变形是提高YY型管节点承载力的主要原因。本文研究结果为工程中CFRP加固导管架平台技术的推广应用提供了参考依据。     

碳纤维增强聚合物加固含腐蚀缺陷的YY型管节点静力性能分析

海洋环境下的导管架平台易发生腐蚀而导致承载力下降。为了提高含有腐蚀缺陷的导管架平台的承载力,提出了采用碳纤维增强聚合物(CFRP)加固含腐蚀缺陷YY型管节点技术。通过试验测试与有限元模拟相结合的方法,对CFRP加固含腐蚀缺陷的YY型管节点在支管轴向压力作用下的静力性能进行了研究,分析了未加固节点和经CFRP加固节点在破坏模式、变形、等效屈服应力和承载力等方面的差异,详细研究了节点试件的失效机理和过程。研究结果表明,经CFRP加固后YY型管节点的极限承载力提升了40.9%,CFRP加固方法能有效延缓管节点失圆率,缓解节点部位的应力集中现象;加固节点失效时的塑性区域显著降低,CFRP约束主管变形是提高YY型管节点承载力的主要原因。本文研究结果为工程中CFRP加固导管架平台技术的推广应用提供了参考依据。