考虑桩土非线性作用的自升式平台结构强度评估

发布时间：2020-03-20 00:44

【摘要】：自升式平台桩靴与海底土之间的相互作用提供了站立所需支反力和抗滑力,同时也承受着上部结构传递过来的弯矩。在进行结构强度评估时,以往的桩土边界处理方式过分简化了地基对桩靴的约束,无法保证分析的准确性。本文在深入研究自升式平台桩土非线性作用的基础上,提出考虑桩靴与土体非线性作用的结构有限元模型,使模型可以准确反映平台结构的工作状态和底部支撑方式,进而对自升式平台进行结构强度评估,达到准确评估平台在位工作性能的目的。本文主要开展了以下研究工作:(1)对自升式平台桩土作用中地基承载力进行分析。应用小变形有限元法,考虑桩土接触面作用,研究桩靴稳态贯入不同种类地基的全过程,获得该过程中桩靴与土体相互作用情况和地基承载力的变化规律,明确了桩土作用过程中地基承载力的非线性特征;基于Winkler地基模型,提出自升式平台地基承载力非线性弹簧表达方法。(2)建立考虑桩土非线性作用的自升式平台有限元数值计算模型。首先,建立自升式平台三维结构有限元模型,对相关结构进行合理简化,反映实际受力特征的同时避免应力集中;其次,根据自升式平台桩土作用中地基承载力分析成果,利用非线性弹簧单元模拟地基对于桩靴的竖向反力,建立精确反映桩土非线性作用的桩基模型。(3)对风暴自存工况下自升式平台进行结构强度评估。分析并确定平台所受各种载荷,将载荷按不同的作用方式进行加载;应用本文建立的计算模型,考虑桩土非线性作用,分别对风暴自存工况下自升式平台桩腿及桩靴结构强度、桩靴承载能力、锁紧系统承载能力、预压载性能及抗倾稳性能进行评估,评估结果为满足安全要求;通过对平台进行全面的强度评估,获得了自升式平台结构静力响应特点,明确了桩腿及桩靴应力分布情况及最大应力位置,得到了自升式平台抵抗极限环境载荷的总体性能。
【图文】：

桩腿,自升式平台,支撑平台,桁架

东北石油大学工程硕士专业学位论文第一章绪论背景及意义源需求的不断增加，陆地范围内的石油资源已经远油资源总量约 1/3 的海洋石油资源因其巨大的开采前为海上油气开发的主要装备，在世界范围内应用广泛开发从浅海逐渐走向深海，这要求自升式平台能够适式平台的结构安全也提出了更高要求[1]。于移动式平台，在海上油气资源开发中起着不可或缺台不具备的优点，例如投资成本相对较低，，结构稳定腿可以在竖直方向上变化高度，就位后桩腿着底，；移位时主船体沿桩腿下放，桩腿则从海底升起，然地点。如图 1.1所示为某在位桁架自升式平台，平台[3]。

自升式平台,桩靴,几何尺寸,目标

参与桩土相互作用的土壤被无限扩展到外围边界模拟无限边界。较为常用的处理方法即从无，假定落到此边界以外土体受不到桩土作用的影地基承载力数值模型准确模拟插桩过程的困难，同时又要考虑桩靴的限元程序 ABAQUS/Standand 进行小应变分析，技术。采用位移加载方法，模拟自升式平台桩件 ABAQUS2016，对不同土质条件下自升式平台选取的目标自升式平台桩靴几何尺寸如图 3.1 所示，为便于插桩和拔桩作业采用上下面倾斜的高度 4.875m，表面积 240m2，最大断面处直径桩靴体积 660 m3，最大承载面积到底部距离 1.17
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU473.1

【参考文献】