海洋桩管环缝双机头自动焊微机控制技术

所设计控制系统采用STD总线结构,焊接机头的伺服控制系统采用PWM调速技术,通过双微处理机实现海洋桩管环缝双机头焊接过程的自动控制,应用串行方式进行数据通信。控制系统功能强,自动化程度高,操作灵活方便。现场试验结果表明:系统工作性能稳定可靠。

超大直径海洋桩管制造技术

为解决大直径海洋桩管因其较大的径厚比在制造过程存在尺寸精度控制难度大和焊接效率低的难点,对外径10 m以上、壁厚30 mm以上、长度10 m以上的超大直径海洋桩管的制造和检测技术进行了研究和分析,设计了一种安全、新型、高效且实用性强的超大直径钢管桩制造技术。经检测,设计制造的超大直径海洋桩管,其理化性能符合标准要求。同时,该技术能够降低生产制造成本、提升效率,可为海洋工程桩管制造提供参考。

基于粘聚力单元的平整冰与海洋桩柱结构相互作用机理研究

平整冰与海洋桩柱结构的相互作用问题十分复杂,往往涉及到海冰的破碎、失效和堆积等现象。平整冰破坏问题本质上是一个材料脆性破坏的问题,然而传统有限元方法的单元失效机制在处理该问题时有着很大的局限性,不能合理反映平整冰破碎后碎冰的变形和运动状态。因此,有必要发展现有仿真技术,建立合理的模型化方法来解决平整冰破坏相关关键问题。本文通过自定义海冰材料本构模拟海冰材料力学特性,并通过粘聚力单元模拟平整冰破坏时裂纹的产生和扩展,通过开展海洋桩柱结构与平整冰相互作用的仿真分析,分析平整冰在受桩柱作用时的破坏失效模式及两者的相互作用载荷,并与相关模型试验比较验证本文所提出方法的可靠性。研究表明,本文所采用的方法能够有效模拟平整冰在受桩柱作用时的挤压和弯曲破坏,同时能够较为准确地预报冰载荷。研究成果对于海洋桩柱结构冰载荷的预报和结构的设计具有重要的参考意义。

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中2根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载–位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型p–y曲线,通过引进Poulos循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型p–y曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载–位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范p–y曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的p–y曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响,对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。

考虑桩土作用独桩海洋平台横向振动特性研究

采用动 Winkler弹性地基梁模型模拟桩土间动力相互作用 ,并考虑了流体与桩间相互作用 ,通过组合成层土中、水中桩单元的刚度阵 ,推得了独桩海洋平台连续系统横向振动的动刚度阵及在波浪力作用下平台甲板处的频率响应函数 ,进而求得了在确定性波浪力及随机波浪力作用下桩身任意点的位移响应。最后 ,通过算例研究和分析了在随机波浪力作用下成层土参数、甲板上重量及冲刷淘深等因素对平台振动响应的影响。

海洋桩基平台桩的可打入性和稳定性研究

海洋桩基平台桩的可打入性和稳定性计算分析预测是打桩施工的关键环节,关系到整个工程的进度与成败。鉴于此,基于Smith波动方程差分数值解法和采用简化的压杆稳定问题进行了打桩施工分析,编制了打桩分析程序。针对某海洋石油平台钢管桩的实际情况,进行了实际模拟计算并与实测数据做对比。结果表明,计算数据与实测数据吻合,该方法可以用于工程实际。

海洋石油桩基平台射流辅助沉桩实验

针对海上沉桩施工中容易出现的停锤后打桩困难甚至拒锤现象,提出了高压水射流辅助沉桩的技术设想,并设计了海洋石油桩基平台射流辅助沉桩模型实验装置。通过该实验装置测试了6种不同形状喷嘴产生的射流对土塞表面的作用力,并对土体内应力分布状态进行数值模拟实验,得到了6种喷嘴射流作用下土体内的最大应力和最小应力,验证了模型实验结果。海洋石油桩基平台桩基建设过程中,采用高压水射流辅助沉桩提高桩基建设效率是完全可行的。等变速型喷嘴有限喷距最长,作用在土塞表面中心处的压力也最大。研究结果为海洋石油桩基平台射流辅助沉桩原理样机试制提供了重要依据。

海洋废弃平台桩基拆除绳锯机夹紧齿优化设计研究

海洋废弃平台桩基拆除绳锯机是一种近年发展起来的新型水下作业机具,它主要由绳锯机本体和液压控制系统构成,绳锯机夹紧瓣上的夹紧齿可以使绳锯机安全、稳定地工作。介绍了夹紧齿的结构,分析得到了夹紧齿尺寸和齿周过渡曲线的优化数学模型,采用有限元法优化得到了夹紧齿关键参数。根据优化结果设计制造了夹紧齿,实验结果表明:该夹紧齿能够满足要求,为绳锯机的安全稳定工作打下了一定的基础。

海洋钢桩清刷机器人清除粘附藤壶的力学研究

为了清除附着在海洋钢桩上的污损生物,本文设计了一款海洋钢桩清刷机器人,携带刮削清理工具,以藤壶为典型清理对象,研究了切削力对附着在海洋钢桩表面污损生物的清理作用。基于正交切削理论和Peel Zone方法,提出了将刮削法及其切削力模型用于清理被污损生物附着的海洋钢桩表面。用有限元方法验证分析模型误差,表明切削力的相对误差小于15%。该模型可用于清刷机器人设计中的切削力估算。分析表明:刀具前角对切削力影响较大,减小刀具前角到45°,较前角为60°时,曲线拟合相对误差增大,清理效果相对不理想,在今后设计海洋钢桩清刷机器人设计中,不建议减小设计清理刀具的前角。

基于粒子群算法的海洋废弃平台桩基拆除绳锯机夹紧力优化

水下绳锯机可以用来完成海洋废弃平台桩基切割。绳锯机切割过程中,当水下环境发生变化时,应能够较迅速地调整夹紧力以适应环境的改变。介绍绳锯机的夹紧数学模型,根据绳锯机的实际设计条件,采用粒子群算法对夹紧力进行快速的优化求解。通过实验表明,此方法获得的夹紧力能够使绳锯机稳定地工作,并且测得了相应的动态参数。研究结果为绳锯机夹紧力的水下环境快速自适应控制提供了一定的基础。

X80Q钢级海洋桩腿支撑管的研制

介绍了X80Q钢级海洋桩腿支撑管的化学成分和设计方案;归纳了生产过程中的工艺控制要点,通过试验确定其最佳热处理工艺;并评定其力学性能和焊接工艺。试验结果表明:以低C含Mn钢为基础,加入Cr、Mo、Ni、V、Ti、Nb等微合金元素可提高X80Q钢级海洋桩腿支撑管的强度,细化晶粒,降低其过热敏感性;在淬火温度930℃、回火温度625℃时,其组织均匀、晶粒细小;产品力学性能和焊接性能较好,能满足用户要求。

高强度大厚度海洋平台桩腿板材加工前预热力学行为研究

海洋平台桩腿高强度大厚度板材在切割焊接前预热对于减少结构裂纹十分必要。利用Jmatpro软件计算出NV E690板材的热物理性能参数,并根据金属学理论进行了修正。采用碳当量计算式计算得到预热温度,并结合企业生产实际,确定NV E690板材的预热温度为220℃。在此基础上基于热弹塑性有限元法数值模拟了高强度大厚板板材的预热过程,通过与实测数据对比,验证了材料高温物理性能参数的可靠性,为进一步研究提供了理论依据及数据支持。

冀东油田海洋钢桩海生物附着危害分析及应对措施

海洋附着生物对海洋油气生产结构物影响很大,主要危害是增大平台桩腿的体积和表面粗糙度,腐蚀海洋石油平台结构,影响潜水员的水下作业等。通过对位于渤海湾冀东油田人工岛登陆点的700多根海洋钢桩的外观检测,给出了海洋钢桩的海生物附着情况,分析了海生物生长机理及规律,论述了海生物附着对海洋油气生产的危害,介绍了采用涂装防污涂料、电解防污、超声波防污及机械防污等技术抑制和清除海洋钢桩海生物的方法,最后根据油田的现实情况提出了相应的应对措施。

三层包覆防护技术在冀东油田海洋钢桩防腐修复中的应用

冀东油田滩海地区的人工岛从建成投用至今约有10年时间,2016年和2018年对人工岛登陆点(含引桥和码头)几百根钢桩进行了检测,发现有一定数量的钢桩原有防腐涂层脱落,钢桩本体出现了较严重的腐蚀,因此在2018年对冀东油田4座人工岛的登陆点钢桩采用三层包覆防护技术进行了防腐修复.具体介绍了三层包覆防腐修复的施工工艺、施工过程及施工效果,阐述了质量控制措施和水下桩段施工方法.实践结果表明修复效果良好,该方法特别适用于在役海洋钢桩的防腐及防腐层修复.

海洋高桩基础水平振动特性分析

考虑动水压力作用和桩-流体耦合振动,对黏弹性地基中海洋高桩基础水平振动问题进行了理论研究。首先采用分离变量法求解流体运动方程,得到了动水压力解析表达式。进而考虑桩-土体及桩-流体耦合条件、桩身内力和位移连续条件,基于传递矩阵法,得到了水平简谐荷载作用下海洋高桩基础桩顶阻抗解析表达式。将该解分别退化为水中圆柱梁振动问题及完全埋入式桩水平振动问题,与已有解进行对比,验证了该解的合理性。并与不考虑动水压力的计算结果对比分析,结果表明忽略动水压力会高估高桩基础桩顶水平动刚度。

多桩锥体海洋平台结构冰荷载遮蔽效应离散元分析

在海冰与多桩锥体海洋平台结构的相互作用中,平台结构总冰力在海冰流向和桩腿方位的影响下呈现出显著的遮蔽效应。采用具有粘结-破碎效应的离散元方法,基于GPU并行的高性能计算,对不同冰向下锥体海洋平台结构的冰荷载进行了数值分析,确定了不同冰向下平台结构各桩腿的冰力衰减系数并分析了总冰力的遮蔽效应。最后,对自由边界影响下多桩平台结构冰荷载遮蔽效应的产生机理进行了讨论。本文工作可为多桩腿平台结构的冰荷载特性、冰激结构振动以及冰区结构设计提供参考。

冲刷防护作业中流态固化土对海洋桩基作用力的数值研究

采用固化土进行冲刷防护是一种全新的防冲刷措施,目前正逐步被应用于海上风力发电单桩基础及跨海大桥桩基础的冲刷修复中.流态固化土在泵送至海洋桩基周围冲刷坑中的过程中,会对既有承载力弱化的桩基产生不利影响,然而目前仍缺乏对该问题的认识.采用计算流体动力学方法,模拟了单桩基础周围冲刷坑中流态固化土泵送过程,关注流态固化土对桩基础的作用,分析了泵速、海流流速、固化土类型等因素对桩基础作用力的影响,其中海流流速影响最大,同时提出了流态固化土对桩基作用力简化分析思路,并给出了作用力经验公式.研究结果可作为固化土防冲刷工程技术控制的依据.

海洋桩基在波浪荷载作用下的响应研究

用ABAQUS软件施加正常工况下的静载荷与波浪动载荷,研究静动荷载下海洋桩基的承力情况和桩与桩周土的应力应变情况、位移情况及桩体的动力响应分析,根据数值模拟所得到的数据,总结归纳出独桩承台和群桩承台在波浪力单独荷载作用下的动力响应分析以及各自改变桩体刚度对其动力响应分析的影响,为今后的设计施工提供理论依据。

考虑群桩效应的海洋平台桩—土—结构共同工作研究

考虑群桩效应的近海导管架平台的桩、土结构共同工作研究是一个很复杂的课题，要考虑很多因素。在平台结构的概念设计或初步设计中则可采用一些近似方法。本文根据目前国内外对群桩研究的成果，依据文克尔相互作用模型，提出了一个较方便实用的群桩效应计算方法，并建立了考虑群桩效应的桩—土—结构共同工作的计算模型，通过编制计算机程序得到实现。

水流荷载作用下海洋群桩受力特性研究

为研究海洋群桩在水流荷载作用下的受力情况,通过计算流体力学(CFD)软件Fluent,采用大涡模型(LES)建立二维数值模型,分析了群桩中各桩的阻力系数和升力系数的时程曲线,以及桩周环向压力,并与单桩做对比.通过将计算结果对比及斯特劳哈尔数验证两种方法,验证了该模型的有效性.结果表明:群桩中的各桩存在着相互作用和影响,但前桩对后桩的影响远大于后桩对前桩的影响,主要表现在阻力、升力的峰值大小以及达到峰值的时间.前桩泄放的漩涡产生的低压区会对后桩的受力产生影响,使后桩阻力产生负值,升力大小也提高接近一倍;同时,群桩范围内流体的流速比外部低,导致群桩内外侧产生压力差,从而产生由内向外的压力.