穿刺工况自升式平台动力灾变特性

针对穿刺引起的自升式平台结构损伤问题,系统研究其动力灾变行为。考虑损伤积累对刚度衰减影响提出构件失效准则,在定义结构抗力和地基抗力基础上提出穿刺工况下平台结构失效准则,以121 m桁架式自升式平台为研究对象,考虑构件损伤演化及桩土动力耦合作用建立平台整体分析模型,并从入泥承载力、损伤影响、约束条件3方面验证了模型适用性;进一步基于整体失效准则开展穿刺工况下平台动力灾变演化模式研究。结果表明：构件损伤演化降低了平台极限承载能力并影响其整体灾变演化规律,CEL法可以有效模拟复杂土层桩土动力耦合作用;穿刺工况下平台失效模式受结构抗力和地基抗力共同影响,其演化规律为未穿刺桩腿与桩靴连接区域杆件由于船体倾斜产生较大弯矩发生塑性变形,随着穿刺深度的增加进一步演化为上下导向块区域桩腿杆件屈曲变形,这与穿刺工况下观察到的桩腿失效模式一致。     

自升式平台单桩极限拔桩力的研究

以一座自升式平台单桩拔桩为例,研究具有三角形箱型船体的自升式平台的单桩极限拔桩力计算。简化平台模型的实际构造,应用ANSYS软件建立了三维有限元模型。通过添加抗转空间粱的方法模拟桩靴和土壤对桩腿的约束作用,建立桩腿底端的边界条件;考虑船体的水动力,通过斜坡加栽方式模拟船体倾斜对浮力的影响,依据CCS规范校核船体和桩腿的强度,得到了不同拔桩力作用下的船体和桩腿强度曲线图、规范校核值曲线图。插值计算出该平台的单桩极限拔桩力。     

自升式钻井平台桩腿入泥深度计算研究

开展了桩腿与海底土相互作用分析,提出了自升式钻井平台桩腿承载力计算模型,该模型考虑了插桩速度、桩靴上覆土压力、群桩效应等因素的影响.现场应用表明,本文提出的自升式钻井平台桩腿承载力计算模型在预测桩腿入泥深度时具有非常高的准确度,相对误差在10％以内.     

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。     

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。     

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。     

桁架自升式钻井平台拔桩过程动力学分析

在自升式钻井平台拔桩过程中,桩腿受力大,尤其是桁架结构的桩腿,不能忽略其弹性对系统运动造成的影响。以桁架自升式钻井平台为研究对象,对拔桩过程中平台主要受力的简化及模拟方法进行了阐述。建立了包括升降系统、桁架桩腿及船体在内的平台动力学模型。利用ADAMS软件对该平台的拔桩过程进行了动力学分析,得到了以不同降船速度拔桩时,桁架桩腿分别设置为刚体和柔性体时平台的运动及振动特性,得出了考虑桩腿弹性对平台运动的影响。为以后自升式钻井平台桩腿及升降系统的设计及其动力学分析提供参考。     

自升式平台逆“K”型桩腿节点的极限强度分析

总结近年来桁架式桩腿自升式平台的海损,回顾逆"K"型桩腿的演变,强调设计鲁棒性管节点的重要性。实现管节点的参数化建模,考察单元选取与划分、材料模型、焊缝的影响、边界条件与受力模式以及破坏准则。最后用ANSYS非线性求解器分析了F&G"JU-2 000E"管节点的极限强度,显示叠合对提高节点极限强度的重要性。     

利用有限元法模拟较大桩靴拔出对筒型基础平台地基的影响

自升式钻井船和筒型基础平台都属于浅基础结构物。在完成钻井作业后 ,桩靴较大的自升式钻井船在拔桩中会对筒型基础平台的地基产生一定的影响。利用通用的有限元程序ANSYS软件 ,以渤海 8号自升式钻井船和歧口 17 2筒型基础平台为对象 ,在相同荷载和约束下分 3步模拟了自升式钻井船桩靴的拔出过程 ,就桩靴在拔出过程中对筒型基础平台地基强度的影响进行了三维有限元分析。分析结果表明 ,在设计中将地基承载力提高 10 % ,自升式钻井船就可以在桩靴距筒型基础筒体 12 5m以外作业     

桁架腿自升式平台极限刺穿深度的计算

本文阐明自升式平台刺穿的成因,回顾近年来桁架腿自升式平台的刺穿海损状况,提出用非线性有限元法计算自升式平台的极限刺穿深度,为合理的升船压桩提供依据,以降低自升式平台在压桩过程中发生的刺穿海损风险。     

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。     

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。     

独立桩导向架平行矩形防沉板的极限承载力研究

打桩作业中,独立桩导向架起到导向与扶正作用,导向架防沉板基础的极限承载力关乎到独立桩安装的精度和作业安全性。针对一种适用于深水打桩作业的独立桩导向架,使用API规范计算了其在不排水抗剪强度随深度线性变化的极限承载力; 基于通用有限元软件Abaqus,针对独立桩导向架所使用的平行矩形防沉板基础,探究了防沉板不同间距与宽长比对其承载力的影响。分析结果表明:竖向承载力随防沉板间距的增加,呈现先增大后减小的趋势; 在间距与防沉板面积一定的情况下,增加防沉板的宽度,竖向承载力先增大后减小,适当的增加防沉板间距和调整防沉板宽长比,有利于提高极限承载力。研究结果对深水独立桩导向架的设计、校核有一定参考意义。     

ALE方法评估黏土场地的自升式平台桩靴承载力

为研究自升式平台桩靴在黏土场地中的极限承载力，建立Abaqus桩靴-土模型，采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)方法对桩靴的贯入过程进行模拟，提出大值法、中值法、小值法等3种数据处理方法，并拟合桩靴承载力估算公式。将模拟计算结果与SNAME规范公式计算结果进行对比分析，对比结果证明ALE方法模拟桩靴贯入的可行性。为提高工程的安全性，提出对SNAME公式计算结果进行折减的具体公式，以使其与ALE小值法处理结果更吻合。     

一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警结构及其作业方法

为了解决自升式钻井平台插桩遇“鸡蛋壳”地层发生穿刺导致船体失稳这一世界性难题,中国海洋石油工程技术人员创新性地提出了一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警结构及其作业方法。针对自升式钻井平台在南海多个油田的复杂地层插桩发生穿刺、桩基失稳等情况,通过在自升式钻井平台桩腿桁架上加装静力触探结构,在桩靴底部进行CPT试验,记录桩靴以下包含鸡蛋壳层段在内的地层参数,定量分析穿刺发生的可能性,从而对可能发生的穿刺提出预警,及时对就位插桩作业做出调整。数值模拟计算结果表明,该结构与作业方法可靠有效,对理论计算存在穿刺的地层进行了准确的监测与预警,有效避免了穿刺的发生,对插桩安全控制起到了积极作用,提高了海上大型设备安全。     

基于Usfos的非线性分析程序研究海洋平台的极限承载力

海洋平台极限承载力研究一直是平台结构安全评估的最重要部分,越来越受到人们的关注。以"勘探二号"自升式钻井平台为研究对象,利用非线性分析USFOS软件分析计算了该平台的极限强度,评估了现役平台的安全性能。研究结果表明,"勘探二号"平台在45°环境极限条件时平台结构最危险。该研究为现役自升式钻井平台安全风险评估提供了一种比较先进而精确的方法,对今后类似海洋平台安全风险评估具有一定的指导意义。     

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。