海洋桩基平台打桩动力分析.pdf
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海洋桩基平台打桩动力分析.pdf
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中国石油大学硕士研究生学位论文华东(申请工学硕士学位)海洋桩基平台打桩动力分析学科专业:
培养方向:
硕士生:
指导教师:
油气井工程油气井岩石力学与工程肖花陈建民(教授)入学时间:
200i年9月论文完成时间:
2007年4月海洋桩基平台打桩动力分析肖花(油气井工程)指导教师:
陈建民(教授)摘要桩基式导管架海洋平台是实现海洋石油开发的优良设施,平台受到的所有载荷最终都由打入土的桩来承担。
在打桩前必需对打桩过程进行计算分析,以确保安全。
本文以某一水下桩为研究对象,用GRLWEAP软件对打桩的动力学过程进行了分析。
考虑了桩管中产生土塞和不产生土塞的工况,也考虑了打桩过程中可能由于意外事故而暂停打桩的工况。
得到了打到预定深度的总打桩次数和不同深度处打入单位长度桩所需的打桩数;计算出了终锤打桩过程中桩顶受力和桩顶位移速度随时间的变化曲线,该曲线呈波动变化,波动的第二个波峰快速衰减到较小值:
如果发生暂停打桩工况,则随暂停时间增加,续打时的难度也增大,要求暂停时间不能过长,且应尽量避免在硬土层中停打。
另外,用ANSYS软件对水下桩的自沉过程和桩土相互作用进行了分析。
分析结果表明,桩身在服役过程中的水平位移随深度呈衰减波的形式变化,衰减波的衰减速度很快,波峰的绝对值在第二个峰处就已减小到很小的值。
关键词:
自由站立,波动方程,桩土相互作用,ANSYS,GRLWEAPDynamicalanalysisofpiledrivingforpilefoundafionoffshoreplatformXIAOHua(Oil&GasWellEngineering)DirectedbyProfsorCHENJian-minAbstractPilefoundationoI矗妇platformisagoodfaeiutyforexploitationofoffshoreoilThepileswillbearalloftheloadswhichareappliedtotheplatformToassuresafety,itsnecessarytoanalyzetheprocessofpilingbeforedrivenThepapertakesadeepwaterpileasthesubject,andrisestheprofessionalsoftwareGRLWEAPtoanalyzethedynamicprocessofpiledrivingWecomidertheconditionsthatthepilepluggedandunplugged,andalsothinkoverthatitmaybepauseduringdrivmgItcanbeobtainedthetotalblowsofdrivmgthepiletodesireddepthandtheblow-countofdrivingpilewithunitlengthindifferemdepthThenwefindoutthechangecurvewhichdescribesthephenomenonthattopforceandtopvelocitychangeovertimeduringthelasthammeringTheClllvechangesasthepropagationofwave,andthesecondpeakdampstoasmallervaluequicklyIfpausehappens,thedifficultyofsuccessivedrivingwillincreasealongwiththehalttimegrowingSo,thehalttimecantbetoolong,andweshouldtrytoavoidpauseinhardpansInaddition,weusetheANSYSsofPvvaretoanalyzetheprocessofpilefleesinkingandthepilesoilinteractionAccordingtotheresults,thehorizontaldisplacementsofpilechangeasadecay蛔gwavealong、iththedepthduringthepileinserviceThedecayingvelocityisveryfast,andtheabsolutevalueofthepeakhasdecreasedtoaverysmallvalueatthesecondwavepeakKeywords:
Freestick-up,Waveequation,Pile-soilinteraction,ANSYS,GRI胍AP独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名:
盔整z口口7年岁月够日关于论文使用授权的说明本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留送交论文的复印件及电子版,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密论文在解密后应遵守此规定)学生签名:
直垄Z007年岁月z箩日导师签名:
盈芝遂鏖2口。
7年岁月侈日中国石油大学(华东)硕士论文第1章前言第1章前言11引言海洋是一个巨大的宝库,不仅为人类提供丰富的渔业资源,矿产资源,而且海底下蕴藏着丰富的石油资源。
要开发海上油气田,就要有钻井和采油平台。
海洋平台是海上石油开发必不可少的工具和基地。
油气生产必须以固定式海洋平台作为采油基地。
而采油工程建设主要就是建造固定式平台。
固定式平台用途广泛,不但可用于钻井,还可作为储油平台、生活平台、油水分离平台。
导管架平台属于固定式平台的一种。
近年来,我国近海石油开发得到了迅速的发展,导管架平台的设计,制造和安装都有了突破性的进展f“。
对海洋平台来说,波浪载荷是一项主要的环境载荷。
导管架型结构具有抵抗波浪能力强,稳定性好、自持能力强和甲板负荷大的特点。
因此,桩基导管架平台是海洋石油开发的重要设施。
仅胜利油田在渤海湾的浅海海域,就已经建成了70多座固定式平台21。
桩基导管架平台是目前我国海上石油开发和生产的最常用型式。
它由上部甲扳、下部导管架和穿过导管架腿柱并打入海底的钢管桩基组成。
由于长期处于恶劣的海洋环境中,这些钢结构不断遭到侵蚀和破坏,风、浪、流和冰载荷长期作用,波浪引起的桩基运动,杆件的腐蚀,海床的淘蚀,以及海生物的附着生长等原因都可影响桩的承载能力,而海洋桩基平台受到的所有载荷,最终都由插入土的桩来承担。
打桩的质量会直接影响导管架平台的安全,一旦发生事故,就会造成人员伤亡和平台整体性破坏事故。
导管架平台的桩腿决定了平台的固定程度,在整个平台结构中具有极为重要的作用,对平台结构在外载作用下的动、静力响应性能具有极大的影响。
1中国石油大学(华东)硕士论文第1章前言12桩基平台打桩研究现状桩基础是目前海洋工程中应用最为广泛的一种基础型式,在海洋工程中采用的桩基有着与陆地上不同的特点。
首先,海洋工程中采用的桩一般较长,最长的可达百米以上;其次,海洋工程中的桩基往往要承受很大的水平荷载。
由于这些特点使海工中的桩基从设计计算到现场施工都比陆上工程中的桩基更为复杂,同时也存在着更多尚需研究探讨的问题31。
目前,海上平台最常用的桩基础是开口桩,通常是采用蒸汽、柴油或液压为动力的冲击锤将桩打入海底。
打桩过程中有以下几个问题需要解决【4】:
(1)在一定的桩锤、打桩系统和地质条件下,桩是否可以打到一定的深度,桩尖能否达到某个持力层,怎样的收锤标准才能达到设计要求的承载力。
(2)了解打桩过程中桩身应力的变化,确定打桩应力。
(3)估计打桩锤数和打桩时间。
(4)确定桩身组成的最佳设计。
桩身截面面积不仅影响打桩的应力大小,还直接涉及到桩身的刚度从而影响锤击能量的传递和桩锤的打桩能力。
(5)选择最佳的垫层材料以减小打桩应力而又能保持高效率的沉桩。
121静力分析
(1)桩土相互作用关于桩与土的相互作用问题人们进行了大量研究,提出了多种计算模型,如wiI,l(er模型、二参数模型51、三维有限层模型16等等,这些模型多数都用来解决土介质的受力问题。
目前的桩土相互作用的分析,主要2中国石油大学(华东)硕士论文第1章前言有以下方法【刀:
极限地基反力法不考虑地基的变形特性,所以此法不适用于一般桩结构物变形问题的计算。
弹性地基反力法分为线弹性地基反力法和非线弹性地基反力法。
弹性地基反力法中最常用的是:
张有令法和M法。
张氏法假定土反力与土的埋藏深度无关,这种假定显然是不对的,但取地下一定深度的土反力作为计算值,计算方法简便,在以前计算机不普及的情况下,得到了广泛的应用。
M法假定土反力与深度成线性关系,而土本身并不是线性的,虽然这种假定不太合理但由于计算简单,并且对一般的桩结构物的计算也可得到较好的结果,因此在我国及欧洲得到了很广泛的应用。
复合地基反力法(曲线法)是目前世界上最流行的方法,由于它能如实的把地基的非线弹性性质及由地表面
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