含吸力锚井口装置的力学行为分析

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作者郭睿
来源中国石油大学(北京)
出版年2019
摘要
海洋油气资源的勘探与开发不断向深水进军,工程上的技术难题也随之而来。海底软土地基承力性能不良,加之重量更大的防喷器组以及集成多种生产设备的深水功能舱,使水下井口结构的稳定性面临更大的挑战。在新一代水下生产系统中,采用将吸力式基础与井口结构相结合的创新设计。作为海底软土地层上大型结构物承载问题的有效解决方案,含吸力锚井口装置具有施工周期短、结构可靠适应性强的优势。与传统井口的长导管桩基结构不同,含吸力锚井口装置的工作机制更接近大直径圆筒结构。在实际工况特定荷载组合作用下,含吸力锚井口装置的失效模式、极限承载力以及与地基土体间非线性的复杂相互作用等问题都亟需进行研究。围绕上述问题,本文进行的主要工作如下:(1)对含吸力锚井口装置的极限承载力分别进行理论分析和有限元计算,对比两种方法的结果,验证了理论分析计算的适用性,并阐明了含吸力锚井口装置在特定荷载下的失效模式。(2)使用有限元分析软件ABAQUS及USDFLD子程序进行二次开发,在ABAQUS中实现土体循环弱化模型,用于含吸力锚井口装置在循环荷载作用下的拟静力计算。(3)建立含吸力锚井口装置与地基土体的有限元模型,使用拟静力方法计算分析多种荷载组合条件下含吸力锚井口装置的循环承载力,与静荷载作用下的极限承载力对比,考察循环荷载对地基土体及结构物承载力的影响。

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