沉垫自升式平台迁移工况桩腿力学研究

以普通自升式平台桩腿弯矩分析为基础,研究沉垫自升式平台迁移工况下桩腿的弯矩情况。建立沉垫自升式平台横摇力学模型,对平台迁移工况下的横摇状态进行力学分析,分别推导普通自升式平台和沉垫自升式平台桩腿惯性弯矩及总弯矩公式,并分析沉垫位置与桩腿弯矩的关系。以某沉垫自升式平台为例,研究沉垫处于不同位置时桩腿弯矩的变化规律,并与相同状况下的普通自升式平台桩腿弯矩情况进行对比。研究结果表明:沉垫的存在会增大桩腿在主甲板处的惯性弯矩;主甲板以上桩腿长度减小,沉垫与主甲板的距离增大,则风力、重力产生的弯矩减小,惯性弯矩增大。惯性弯矩是总弯矩变化的决定因素。随着沉垫的下降,桩腿总弯矩呈线性上升。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业,应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型,实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析,提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核,计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明,该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求,冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业，应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型，实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析，提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核，计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明，该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求，冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象 ,建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的NewWave模型描述随机波浪 ,借助非线性弹簧模拟平台结构的桩—土之间的相互作用 ,综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素 ;同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计 ,大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析 ,给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤 ,并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明 ,风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时 ,能够兼顾模型复杂程度和计算效率 ,这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象，建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的Newwave模型描述随机波浪，借助非线性弹簧模拟平台结构的桩-土之间的相互作用，综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素；同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计，大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析，给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤，并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明，风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时，能够兼顾模型复杂程度和计算效率，这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

自升式钻井平台穿刺分析

 自升式钻井平台是近海石油和边际油田开发的重要设备。据统计,穿刺事故占自升式钻井平台总事故的比例超过了50%,造成平台严重损坏和人员伤亡。以Arab drill 19自升式钻井平台和中国某自升式钻井平台的穿刺事故为例,分析穿刺事故发生的原因,说明穿刺事故的危害。采用投影面积法,分析了中国某自升式钻井平台在渤海某井位发生穿刺事故的可能性,结果表明,该平台存在较大的穿刺风险,并预测了穿刺后的插桩深度。对比平台实际插桩深度,预测结果存在较大误差。结合穿刺研究的最新成果,分析两者存在误差的原因：实际插桩过程中,桩靴底部将形成砂土塞,该砂土塞会极大地提高土体的极限承载能力,导致实际插桩深度比预测插桩深度浅。     

基于锌加涂层的自升式海洋平台桩腿防护

该文介绍了自升式海洋平台桩腿常规涂装方案存在的问题,介绍了采用锌加涂层方案对桩腿飞溅区及全浸区进行防护的优点及配套方案,并对锌加涂装方案对自升式平台桩腿的防护年限进行了测算.     

桩靴在黏土中不连续加载穿刺现象的实验研究

为解决自升式平台在南海等软黏土区域作业时出现的穿刺问题,对平台桩靴在黏土中加载时出现的穿刺现象进行实验验证,并对穿刺机理和解决方案进行探索.以某大桩靴自升式平台的实际加载过程为原型,设计一套不连续加载的单桩模型插桩实验装置,通过力加载的方式模拟自升式平台预压载过程,分析插桩时的冲桩处理对穿刺风险的消除效果.研究结果表明:黏土层中不连续加载能够形成穿刺现象,并且减小加载速率在一定程度上可以降低穿刺风险;通过在加载过程中进行冲桩作业,能有效减少穿刺的发生.因此在实际工程中可通过选择合适的加载速率,并在加载过程中进行冲桩操作来降低穿刺风险,保证作业安全.     

黄土场地中桩—土动力相互作用机理及地震响应规律研究

为研究黄土地区桩-土相互作用机理及其对结构地震响应规律的影响,根据黄土非线性动力本构关系,构建可考虑桩-土界面滑移、分离和碰撞的简化理论模型,推导出理论模型中各特征指标的计算公式。结合桩-土动力相互作用基本原理,推导建立了桩-土-结构动力体系运动方程,对考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的黄土场地独柱式桥墩进行了地震响应分析。结果表明:桩-土相互作用力学模型正确与否是准确分析结构动力响应的关键;桩-土相互作用能够降低结构自振周期,改变结构动力特征,使得结构对低频地震波具有更高的敏感性,从而影响结构动力响应规律;桩-土相互作用也降低了结构抗侧移刚度,从而导致结构发生较大的位移响应,但同时也增强了结构的抗震消能能力。     

自升式平台地基承载力,抗倾稳性及桩腿插深分析

由于地质原因的不明，自升式平台桩腿突然刺破持力层而导致平台桩腿及结构破坏的事故时有发生．自升式平台作业时桩腿的地基承载力及抗倾稳性，对保证平台在各种海况下的作业安全是非常重要的．通过对某一自升式平台地基承载力及抗倾稳性的分析计算，探讨了平台抗倾稳性与海底土层地基承载力及桩腿插深之间的关系．对今后该类平台的设计具有一定的参考价值．     

自升式平台方形桩靴“踩脚印”时结构强度计算方法

桩靴是自升式平台的基础,对整个自升式平台起到支撑和稳定的作用。在自升式钻井平台“踩脚印”的过程中,桩靴底部受到土体不均匀的承载力,可能会造成桩靴局部应力过大,进而导致桩靴损坏。鉴于自升式钻井平台“踩脚印”对桩靴结构的潜在危险,设计了三桩腿的自升式钻井平台“踩脚印”试验模型,获得了不同入泥深度时,桩靴底部的压力分布状况,通过分析发现,在入泥深度为5m时,桩靴两端产生最大的压力差,而在入泥深度为15m时,桩靴底部压力最大,根据不同入泥深度对应的桩靴底部压力分布值构造了二次多项式函数,在此基础上,采用有限元软件Abaqus建立了详细的方形桩靴有限元模型,将构造的压力分布函数按照分布规律分别施加到桩靴底部,计算出桩靴在不同深度以及不同偏心距时的桩靴应力结果。结果显示：在“踩脚印”过程中,应力最大位置出现在桩靴顶部圆管以及底部壳板位置,桩靴底部两侧受力不平衡对桩靴强度计算具有较大影响,相比直接将最大压载施加到桩靴底部的保守计算方式,该方法和计算结果更加接近实际工程工况。     

考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法研究

在分析常用计算方法优缺点的基础上,通过引入非线性的桩-土相互作用模型,提出了一种可考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法.首先,采用杆单元对桩体结构进行离散化,计算单元刚度矩阵并合成为总体刚度矩阵;其次,假定基坑内、外侧土压力与桩身位移之间的非线性函数关系,建立非线性的节点荷载函数列阵;再次,根据总体刚度矩阵和节点荷载函数列阵形成总体刚度方程(组),采用Newton-Raphson法求解以得到节点位移列阵;最后,通过单元刚度方程和节点位移列阵反求桩身内力和桩侧土压力.算例分析表明,本文方法计算简单方便,能充分反映桩侧土压力非线性变化的特点,较好地揭示了桩-土相互作用机理,适用于悬臂式排桩内力计算.     

土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥地震响应的影响

为研究土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥动力特性及地震响应的影响规律,利用有限元软件Midas/Civil建立了2个空间有限元成桥状态模型,分别采用J.Penzien集中质量模型模拟的桩土边界和承台底部固结边界,并对结构进行了动力特性分析和不同地震工况下的非线性时程分析.研究结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,且对主塔参与的振型影响很大.与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用的结构在地震作用下的内力响应减小20%左右,而桥塔位移响应增大约50%,主梁位移响应增大约3%.因此,此类结构抗震设计时需基于不同控制目标选择不同的基础处理方式.     

自升式平台插桩过程CEL分析及验证

插桩对自升式平台总体响应和设计影响很大,插桩预测有助于保证平台安全工作和减少刺穿事故。本文采用欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)研究桩靴在粘土中的插桩性能。土体采用三维减缩积分欧拉单元离散,并定义为von-Mises弹性塑性模型;桩靴简化为刚体,其与土体间的相互作用采用加强沉浸边界法模拟。与Hossain所做的土工离心模型试验对比表明:von-Mises模型可以有效模拟出插桩过程中土体的流动特性,与试验模型所得结果吻合良好;在插桩过程中,土体发生了表面隆起、壁面坍塌、土体回流和局部流动等4种流动失效现象;Skempton方程忽视了土体部分回流对桩靴承载力的影响,在插桩前期预测结果偏大,后期与数值解一致。     

考虑桩土动力相互作用时群桩阻抗函数的分析

桩与土体的动力相互作用不仅改变了桩基的承载力，也影响了上部结构对动荷载的响应，因此在进行上部结构的动力响应分析时必须考虑桩土动力相互作用的影响。对这种动力相互作用效应研究的基础是确定桩土系统的阻抗函数，文章对考虑桩土系统动力相互作用时群桩的阻抗函数进行了细致的分析，明确了影响桩土系统动力相互作用阻抗函数的各种主要参数，为进一步研究桩土结构相互作用打下基础。     

新型海上采油平台与土作用的模式

根据作者提出的解决三维空间桩与土相互作用新模式－有限层有限元混合模型对采油新型平台与土相互作用进行了研究。结果表明，该模型精度较高，使用方便，有实用性。     

桥梁桩土相互作用的集中质量模型及参数确定

桩土相互作用是桥梁抗震研究中的难点，计算模型的选用和参数确定直接影响计算结果的精度。为此，提出一种改进Penzien模型及其参数的确定方法，并以此模型采用动力反应时程方法对国外某桥进行了实例计算分析，旨在为考虑桩土相互作用问题提供一种适合工程应用的分析方法。     

桩土相互作用研究综述

鉴于桩土相互作用研究在刚性桩复合地基理论研究中的意义,对国内外桩土相互作用研究现状进行了总结.介绍国内外桩土相互作用两大类研究方法———理论分析方法、试验方法各自的特点和适用范围,并分析了其各自存在的主要问题.指出接触面本构模型的完善、计算方法的改进、数值分析与试验相结合是桩土相互作用问题研究的发展方向.     

考虑桩土动力相互作用时阻抗函数分析

对考虑桩土系统动力相互作用时的阻抗函数进行了细致的分析，以单桩为例导出了各参数对整体阻抗函数的贡献，明确了影响桩土系统动力相互作用阻抗函数的各种主要参数，如各层土的剪切波速；桩的半径和长度；土与桩的密度；土的泊松比等，为进一步研究桩土结构相互作用打下基础。     

海洋石油162平台桩腿外加电流阴极保护系统探析

海洋石油162平台是一座四桩腿钢质非自航悬臂梁海洋自升式试采、修井一体化平台。从海洋石油162平台桩腿的腐蚀基理、桩腿外加电流阴极保护系统(ICCP)保护原理、系统组成、运行与维护等方面进行分析,并对外加电流阴极保护系统电极电压检查方法、故障判断,恒电位仪电压和电流的读数每日记录给出具体要求,指导平台维修人员进行系统维修、维护,减少桩腿腐蚀。