海上自升式钻井平台结构非线性分析

本文分析海上自升式钻井平台结构特征及其桩腿结构非线性大位移特点,采用非线性有限元分析方法,提出考虑剪切影响的三维梁单元几何非线性分析新的方法,并编制相应分析程序,对自升式钻井平台桩腿结构非线性问题进行了合理地分析,取得合理的分析结果.文中还通过自升式钻井平台实例分析说明了此法的应用.     

沙箱对桩腿耦合装置的影响研究

桩腿耦合装置(简称LMU)在平台浮托安装过程中上部组块插尖与导管架桩管对接期间起缓冲作用,是海上浮装的最重要装置之一。运用非线性有限元软件ABAQUS,对相同尺寸、受相同垂向载荷作用的有沙箱和无沙箱的LMU分别进行了显式准静态和动态数值模拟,并将计算结果进行对比,以考察沙箱对LMU力学特性的影响。结果表明,与无沙箱的LMU相比,有沙箱的LMU能够承受较大的外载荷作用,可提升外套筒钢材的使用效率,较迅速地降低载荷转移作业过程中整个平台的运动速度,提高平台浮托安装过程中能量吸收速率,并且能减小LMU在动态过程中的最大应力。     

一种准刚性基础-桩-土共同作用非线性分析的近似方法

通过与刚性基础-桩群-土体系的比较,对级配碎石水密法填筑路堤-土工格栅(含基底缓冲层)-现浇薄壁筒桩复合地基体系提出了一种准刚性基础-桩-土共同作用的非线性分析近似方法。计算表明,该方法简便、实用,能较好地反映桩、土非线性特性对路堤受力变形的影响。     

自升式平台穿刺过程结构响应研究

为减少自升式平台穿刺造成的损失,需要对自升式平台穿刺过程中的结构响应进行研究。根据某典型平台图纸,使用有限元法建立细化模型。在穿刺过程中采用CONNECTOR单元及非线性弹簧模拟自升式平台围阱区的齿轮齿条接触及桩土作用。考虑到模型中包含的高度非连续过程,穿刺过程采用显式动力学方法求解。通过分析模型穿刺后的结构形态,危险点分布,穿刺速度对结构的影响及预压载值的变化,探讨自升式平台穿刺过程中的结构响应特征。结果表明:平台导向板附近桩腿结构最容易在穿刺中损坏;穿刺速度对与桩靴相连的桩腿结构影响很大;为减少穿刺对结构的影响,可以考虑主动刺穿或减少气隙进行单桩预压载等措施。     

冰激结构振动的非线性分析

冰对结构的作用表现为冰的变形和破碎两个阶段,具有间隙非线性特性.考虑到这个特性,我们利用非线性分析方法建立了非线性的冰-结构相互作用的动力学模型,从理论上阐明,冰激柔性结构的振动是一种多频干扰、自激和强迫的耦合振动系统,并研究了试验中观察到的锁频现象的机理.本文得到的冰力计算公式可用于海洋工程结构的设计计算.     

橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能影响研究

运用非线性有限元软件ABAQUS/Explicit,建立了不同橡胶圈层数的桩腿耦合装置(简称LMU)整体计算模型,并对其进行了非线性数值求解。通过对载荷-位移曲线、吸能曲线、应力和应变、速度曲线和动能曲线等的详细分析,研究了橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能的影响。结果表明,橡胶圈层数对LMU吸能效率和橡胶圈最大应变的影响可忽略不计,但对其刚度、应力、速度和动能及其衰减速率的影响较为明显。随着橡胶圈层数的增加,LMU的刚度逐渐增大,最大应力先减小后增大,最大速度和动能逐渐减小,速度和动能的衰退速率逐渐减小。在LMU设计阶段,应考虑橡胶圈层数对LMU上述方面的影响,合理选择橡胶圈的层数,使LMU能够最有效地发挥缓冲作用。     

自升式海上钻井平台结构的模态分析及地震反应的谱分析

本文对某自升式钻井平台结构进行了模态和地震反应分析。用等效桩腿的处理方法把平台结构简化为空间梁系有限元力学模型,采用我国《海上固定平台入级与建造规范》中规定的标准地震谱曲线.首先计算了平台结构前五阶固有频率和模态,然后用基于模态叠加法的谱分析法求出平台结构和桩腿各部位的最大位移和应力反应。最后给出了该平台结构在30m和50m水深海域、桩腿为插桩式和沉垫式两种固定型式下的计算结果和比较。     

多桩锥体海洋平台结构冰荷载遮蔽效应离散元分析

在海冰与多桩锥体海洋平台结构的相互作用中,平台结构总冰力在海冰流向和桩腿方位的影响下呈现出显著的遮蔽效应。采用具有粘结-破碎效应的离散元方法,基于GPU并行的高性能计算,对不同冰向下锥体海洋平台结构的冰荷载进行了数值分析,确定了不同冰向下平台结构各桩腿的冰力衰减系数并分析了总冰力的遮蔽效应。最后,对自由边界影响下多桩平台结构冰荷载遮蔽效应的产生机理进行了讨论。本文工作可为多桩腿平台结构的冰荷载特性、冰激结构振动以及冰区结构设计提供参考。     

水下桩腿长度变化对浮式结构固有频率的影响研究

为了分析带支腿浮式结构水下桩腿处于不同的长度时振动固有频率的变化情况,采用有限元方法和三维线性水弹性理论对一理想的带支腿浮式结构进行研究,分工况计算了3种弹性模态的干、湿固有频率。结果表明对于同一阶弹性模态来说,结构主体平台振型是决定水动力系数大小的主要因素,桩腿水下长度是次要因素,而振型又受到桩腿长度的制约;桩腿水下长度的改变对带支腿浮式结构的干模态固有频率以及湿固有频率都有较明显地调制作用。对于干模态固有频率来说,桩腿关于船身越趋于对称分布时结构的共振频率越高;对于湿固有频率来说,水下桩腿长度地增加有迫使共振频率趋向低频方向移动趋势。     

海洋工程中桩身自由站立稳定性影响因素分析

由于海洋工程中的钢管桩具有直径大、桩壁薄和超长的特点,桩的自由站立稳定性分析是桩基设计的重要组成部分。结合海洋工程的设计实例,借助三维非线性有限元分析方法,考虑桩身变形的几何非线性特性,研究了桩身倾斜度、支撑情况以及水平荷载等因素对桩身自由站立稳定性的影响规律,并将线性分析方法和非线性分析方法得到的结果进行了比较。