浅海独桩平台有限元分析及合理结构型式研究

随着近些年全球对能源需求的急剧扩大,原本被认为开发价值不大的边际油田也越来越受到人们的重视。我国广阔的大陆架蕴藏着非常丰富的油气资源,但是已探明的多数海上油田都是位于浅海和极浅海的边际油田,因此研究和制造适合于浅海边际油田开发的简易平台,就成为目前国内石油企业关注的热点课题。 作为一种已经得到了广泛应用的简易平台型式,独桩平台凭借其建造周期短、用钢量少、海上施工快捷等优点,具有良好的应用前景。但是在恶劣的海风、波浪、海流和海冰等环境荷载作用下,独桩平台上部结构晃动幅度过大,不但影响了正常作业,还存在着较大的安全隐患。本文的研究目的就是要控制独桩平台的顶部晃动,设计出合理的平台结构型式,满足安全生产的要求。 基于这种目的,本文采用通用有限元软件ANSYS,首次将P-y曲线法应用到CAE软件的数值分析当中,利用COMBIN39弹簧单元对桩土间相互作用实现了等效集中的非线性数值模拟,建立了CB11H、CB30B和CB32A三座独桩平台的整体三维有限元模型。通过对平台在正常作业、极端波浪和极端海冰三种工况下,进行静力分析和瞬态动力学时程分析,找到了一条切实可行的减小平台顶部晃动的研究思路。通过对比增大桩径、桩周填石、桩身加筋以及使用变径桩等方法的效果,提出了科学的位移控制措施与合理的平台独立桩结构型式,并且通过模型桩试验验证了本文提出的数值模拟方法的可行性和可靠性。因此,本文对于研究受水平荷载影响效果显著的海洋平台,尤其是独桩式简易平台有重要的实用价值和开拓意义。