自升式海洋平台升降作业刚柔耦合动力学特性

考虑桩腿柔性对自升式海洋平台升降作业的影响,系统开展平台整体升降动力学研究。针对桁架式和壳体式桩腿两种类型平台分别建立其刚柔耦合虚拟样机,在考虑各阶模态对结构动力响应影响权重基础上,采用DC增益模态截断法研究模型简化方法。研究齿轮齿条接触动力响应及各齿轮间载荷特征时变规律,揭示平台动力性能对桩腿柔性的敏感程度,进一步集成升降控制、监测系统搭建平台升降实验系统,开展穿刺应急工况平台升降动力性能实验验证研究。研究结果表明：刚柔耦合简化模型在确保分析精度基础上可有效提高计算效率,且能准确反映应急升降工况下平台动力学特性;桩腿柔性影响不同升降位置齿轮齿条接触力时变规律及载荷分配差异性,且对壳体式桩腿的影响程度要高于桁架式桩腿。     

地基边界条件对自升式平台桩腿承载性能的影响

针对深水自升式平台桩靴边界条件模拟问题，以某300英尺(1英尺=0.304 8 m)自升式平台为例，采用ANSYS有限元软件进行静力分析和极限承载力分析，对比常规铰支和弹性基础约束条件对自升式平台桩腿强度的影响，进一步探究不同桩-土边界条件对桩腿极限承载力和失效模式的影响。结果表明：弹性基础约束方式可有效降低重力二阶效应(p-Delta效应)的影响程度，使相应工况下的有效应力明显减小，在这种约束方式下计算得到的桩腿刚度更大且桩腿会率先进入塑性阶段；铰支约束过于保守；在2种边界条件下桩腿的失效模式也有较大差异。研究结果可为自升式平台的设计提供参考。     

基于整船简化梁系分析方法的自升式平台圆筒形桩腿强度评估

自升式平台站立状态时的桩腿结构强度需同时兼顾屈服失效与屈曲失效的影响。对圆筒形桩腿结构,屈曲是相对更易于达到临界状态的失效模式,而桩腿屈曲失效导致的平台整体后果是极其严重和不可接受的。参考美国船级社规范,并基于整船简化梁系分析方法,对某多功能自升式工作平台站立状态时的圆筒形桩腿结构进行强度评估,并基于桩腿屈服和屈曲强度评估结果给出桩腿和平台整体设计的相关建议。     

导管架平台极限承载力的有限元解法

以某一简化的四桩腿对角型导管架平台为例,利用大型有限元非线性软件ABAQUS的AQUA模块进行波浪力和流力计算,并进行非线性倒塌分析(Nonlinear PushoverAnalyses)。分别计算了四种不同工况下平台在完整模式下和单个构件失效后的极限承载力以及单个构件失效后平台结构的剩余强度系数,以分析单个构件失效对导管架平台极限承载力的影响,为导管架平台的结构整体安全和风险评估提供一种准确而行之有效方法。     

导管架平台鲁棒性性能研究

鲁棒性是结构安全需重点关注的问题之一。导管架平台作为进行海上油气资源勘探开发的主要设施,应在设计阶段考虑足够的结构鲁棒性。此文确定了基于Pushover非线性分析原理计算导管架平台结构鲁棒性的方法,明确了导管架平台的结构鲁棒性评估指标,建立了导管架平台结构鲁棒性评估流程。以东海某导管架平台为例,针对不同的结构损伤模式,进一步探讨了结构的冗余度,计算求解结构鲁棒性参数,并通过剩余影响系数（RIF）评估了平台鲁棒性。研究结果表明,腿杆件、水平杆件以及斜杆件三种损伤失效模式中,损伤平台的结构鲁棒性由高到低依次为:水平杆件损伤失效、斜杆件损伤失效及腿杆件损伤失效。RIF可以用来识别结构杆件的重要性,从而为平台结构设计或定期检测提供重要参考。     

桁架桩腿自升式平台动力响应

基于ANSYS软件,建立桁架桩腿自升式平台的三维有限元模型。在风暴自存工况下,通过静力分析得到平台的最大应力和位移;通过模态分析,得到结构的前六阶频率和振型;在模态分析基础上对平台进行瞬态动力响应分析,得到平台的动力响应。结果表明:平台在风暴自存工况下能够保证安全,此外动载荷对平台的影响较显著,对平台进行分析时须考虑动载荷对结构的影响。研究结果对桁架桩腿自升式平台的结构分析与安全校核具有一定的指导意义。     

拖航工况不同节距对自升式平台桩腿强度影响

以Inv-K型桁架式桩腿的自升式平台为研究对象,运用Matlab参数化编程及GeniE进行桩腿结构建模和有限元分析,阐述了远洋拖航工况下桩腿强度分析的一般过程,考虑载荷方向和节距变化对桩腿结构强度的影响,对工程设计具有一定的借鉴意义。     

桁架自升式钻井平台桩腿结构在位分析

介绍了建立桁架白升式平台有限元模型的过程,对关键部位(主船体、桩腿与主船体的连接部位、桩靴和土的相互作用)的模拟方法进行了阐述,给出了非圆形截面桁架式桩腿水动力系数、惯性力和P-Delta效应的计算方法.利用SACS软件对某桁架自升式钻井平台桩腿结构进行了在位分析,得到了环境栽荷、惯性力、桩靴反力和桩腿构件的UC值,结...     

自存工况下自升式平台关键结构强度分析

针对一艘独立三桩腿的齿轮齿条式自升式钻井平台,利用ANSYS软件分析了自存工况下,在风浪流等综合载荷作用下的钻井平台整体关键结构强度和平台桩腿稳定性,为平台的安全使用和升级改造提供了理论依据。     

自升式平台桩腿穿刺分析及风险控制方法探讨

对于自升式平台,目前常用的桩腿穿刺可能性分析方法偏于保守。为此,首先提出了复杂多层土体的承载力计算方法,即先按单层土计算各层基础承载力,然后由下往上按双层土修正各层土的承载力;而后结合具体平台实例,通过有限元分析,进行平台桩腿穿刺安全性评价,给出平台桩腿极限穿刺深度;在上述研究的基础上,提出了控制穿刺风险的穿刺分析流程、穿刺风险规避措施;最后结合现场计算实例,验证了上述提出方法的准确性,验证结果表明平台预测插桩深度与实际插桩深度基本一致。     

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。     

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估研究

应用ANSYS软件建立起自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行动力分析,并校核平台桩腿的极限强度和疲劳强度。方法对渤海某自升式平台桩腿进行了强度校核,计算了不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。     

层状地层中自升式钻井平台桩脚稳定性分析

影响自升式钻井平台桩脚在层状地层中的稳定性主要是穿刺。穿刺主要发生于上部为硬土层但下部为软弱层的层状地层体系中。文章重点介绍了用于穿刺分析的两种方法,推导了计算公式,并在实例中作了应用,得到了较为一致的结果。实例中两种计算方法得到的桩脚稳定性系数为0.3~0.5,插桩深度约7.1m,与实际插桩深度较为吻合。考虑了下卧软弱层影响下的上覆硬土层的承载力计算方法既可判断穿刺可能性又能得到插桩深度,是一种简便易行的方法。同时对影响桩脚在地层中稳定性的冲刷作用和动荷载作了提示,以便在进行平台桩脚的稳定性评价时予以综合分析。     

自升式海洋平台站立状态下的性能分析

以一桁架桩腿自升式平台为例,通过有限元计算分析,阐述了平台站立状态下几个重要性能的校核方法,包括①桩腿强度;②锁紧系统（升降系统）承载性能;③预压载性能;④桩靴承载性能;⑤抗倾稳性。     

海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算

为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算。结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度：对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关;当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30（不考虑土体回流作用）和12.25（考虑土体回流作用）。给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20%左右。图9表2参25     

新型多功能桩基试验系统的研制

桩基稳性对自升式钻井平台作业安全影响很大。国内针对桩基稳性的研究较少,更缺乏相应的试验装置。为此,设计了新型多功能桩基试验系统。该系统可以开展自升式钻井平台插桩、拔桩和穿刺等常见的桩基稳性试验研究,为自升式钻井平台在作业区域插桩深度、拔桩阻力的准确预测以及穿刺机理的深入研究提供了一个良好的试验平台;加装冲桩系统后,还可以开展自升式钻井平台拔桩时的冲桩效果分析和采用冲桩的方式主动穿透硬地层机理研究,扩展了试验系统的功能;能方便、快速地模拟自升式钻井平台作业过程中桩基与海土的相互作用,从而为自升式钻井平台能否到某区域特别是陌生区域作业的快速决策提供有力的技术支持。     

800t自升式起重平台的结构分析

800t全回转自升式起重平台是目前国内最大的起重平台,在结构上兼具起重船和自升式平台的特点。该平台和传统自升式平台最大的区别是在艉部设置了全回转起重能力800t的大型起重机,除了巨大的吊机自重和起重载荷,还会产生其它载荷效应。因此该类平台的主桁结构、围阱区、抬升装置、桩腿、桩靴及起重机基座结构会承受比传统自升式平台更大的栽荷,对结构的屈服和屈曲强度带来挑战。该文对此平台进行了结构理论分析和有限元计算,详细讨论了起重平台的载荷、变形和应力分布特点,并对该平台的原结构设计提出了优化建议。