导管架灌浆卡箍施工管理策略

针对导管架灌浆卡箍施工的特点和目的进行对比分析,提出相应的管理策略,为后续此类项目提供参考。

导管架灌浆卡箍安装技术研究

近几年,导管架灌浆卡箍修复技术成为平台导管架修复的首选。平台导管架浸泡在海水中,结构错综复杂,安装难度大,受空间和环境影响大,如安装技术施工方案不完善,将会给卡箍安装带来很大困难。在这种情况下,为了保证导管架灌浆卡箍的顺利安装,本次对导管架灌浆卡箍海上安装技术进行研究,总结并讨论其在海洋工程中的发展应用。

海洋平台的灌浆卡箍技术研究

在国内外文献研究的基础上 ,对钢质近海结构物的修理、加固方法做了较为深入的研究。利用丹麦学者N .S .Ottosen提出的多轴应力状态下混凝土强度理论Ottosen破坏准则 ,建立了钢与混凝土组合结构T型灌浆卡箍管节点的轴向受拉、受压和面内弯矩作用下的非线性有限元计算模型 ,采用分级加载计算分析了相应的极限承载能力 ,并与试验结果进行比较分析。计算结果表明 ,经灌浆卡箍维修后的管节点应力分布、变形和极限承载能力都得到了明显的改善 ,所得结果较好地反映了实际结构的力学特性。

膨胀式自应力灌浆卡箍长期滑动承载力测试

考虑到灌浆收缩徐变的可能影响,对膨胀式自应力灌浆卡箍的长期滑动承载力进行了试验研究。结果表明,对比28天养护期试件,卡箍1年养护期试件的长期膨胀压力和长期滑动应力并没有下降,尤其长期滑动应力反而平均提高了30%多,经分析其主要原因在于膨胀剂中的氧化钙成分对灌浆长期密实性的提高以及卡箍结构对灌浆膨胀的良好限制作用。该试验表明膨胀式自应力灌浆卡箍具有良好的长期承载能力和耐久性,适合在海洋结构的水下修复加固中应用。

膨胀式自应力灌浆卡箍压力测定方法

膨胀式自应力灌浆卡箍中膨胀水泥环施加于受损内管表面的压力对该类型卡箍的滑动承载力有决定性的作用,因此测量卡箍中膨胀水泥环产生的压力对研究该类型卡箍的性能十分重要。介绍卡箍试件养护期间直接测量水泥膨胀导致的受损内管变形应变的方法以及膨胀压力的计算方法,该方法能够很好的祛除温度及垂直于应变花表面法向压力对测量结果的影响,准确地测定水泥膨胀过程中内管不同位置的应变变化。同时介绍通过测量卡箍螺栓的伸长间接测量膨胀水泥环对损伤内管表面平均压力的方法。试验表明在水泥浆中掺入FEA膨胀剂能够在灌浆环与受损内管表面间快速产生较大的径向压力,提高卡箍的滑动承载力。

短螺栓型膨胀式自应力灌浆卡箍滑动承载力试验研究

对短螺栓型膨胀式自应力灌浆卡箍的滑动承载力进行了试验研究,首先从自应力产生机理介绍了短螺栓型灌浆卡箍结构,分析了这种结构的特点和优越性,然后在不同膨胀剂掺量和长细比下进行了这种卡箍试件的滑动承载力测试。试验结果表明：滑动承载力随着膨胀剂掺量的增加线性增加;在长细比为1.02~1.67的范围内,滑动应力差异不大,但当长细比增加到3.33时,滑动应力明显降低;而且短螺栓型膨胀式自应力灌浆卡箍比近似结构尺寸的传统长螺栓型卡箍能提供更大的滑动应力。试验结果为短螺栓型膨胀式灌浆卡箍的工程应用提供了一定的设计依据。

膨胀式自应力灌浆卡箍滑动承载力试验研究

确定适当的膨胀剂类型及其掺量范围对于膨胀式自应力灌浆卡箍的工程应用具有重要意义。测试了三种不同类型的膨胀剂在不同掺量下卡箍试件产生的膨胀压力及相应的滑动应力,并对测试值进行了比较。试验结果表明在三种膨胀剂情形中,FEA膨胀剂能够在灌浆环与受损内管表面间产生较大的径向压力,且增加两者间的粘结强度,提高了卡箍的滑动应力,适宜在海洋结构的水下修复加固中应用。同时根据试验数据并基于现有的2个经验公式提出了适用于FEA膨胀剂的膨胀压力与滑动应力间关系的经验公式,以用于指导相应的卡箍设计。

实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能测试

以中试研究的试验结果为基础,介绍了实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的测试情况。通过2个鞍板壁厚不同模型的膨胀压力和滑动应力的试验测试,表明实际尺寸样机承载性能的测试结果与小尺寸模型试验基本一致,15%膨胀剂掺量下的卡箍膨胀压力均超过1.8 MPa、滑动应力均超过2.5 MPa,实际尺寸卡箍样机仍然具有较高的承载性能,并且海试卡箍的滑动应力为2.56 MPa,达到了模型试验的水平。

伸缩式灌浆卡箍液压系统设计与实验

为了研制出海洋平台水下导管架灌浆卡箍加固装置,进行了伸缩式灌浆卡箍研究,提出了伸缩式灌浆卡箍的总体方案,并介绍了其工作原理。采用同步回路进行了灌浆卡箍的液压系统设计,建立了阀控缸同步运动数学模型并进行了仿真分析,确定了合理的PID控制参数。通过灌浆卡箍样机伸缩运动实验,验证了设计的合理性、可行性。该装置可以实现海洋平台水下导管架脆弱节点及受损结构的加固加强作业,为国内海洋平台加固工作提供技术支持。

单元管件灌浆卡箍的吊装及安装设计研究

针对用于单元管件的非自应力灌浆卡箍和膨胀式自应力灌浆卡箍,讨论了灌浆卡箍水下安装的几个吊装和安装设计问题。首先介绍灌浆卡箍水下安装的总体设计及其安装步骤;然后进行了下水吊装时保持卡箍进浆口在下、出浆口在上的姿态分析和设计,计算出了合适的吊装悬挂距离;对帮助卡箍两瓣自动包拢受损管件的一个辅助闭合机构进行了力学分析和液压系统设计;介绍了卡箍对中及端部密封装置的工作原理;最后介绍了卡箍安装的海上试验情况,列出了各工序安装时间。为灌浆卡箍水下安装技术走向实际工程应用提供了设计和试验经验。

灌浆卡箍力学分析与实验研究

利用均匀轴压作用下的屈曲理论以及有限元分析方法对安装卡箍前后的管件进行屈曲理论分析,并结合实验验证灌浆卡箍对海洋平台受损管件的加固效果.通过理论与实验研究充分说明了灌浆卡箍加固装置是一种简便可行的加固加强措施,能够解决目前国内海洋平台水下钢管杆件及管道的接触节点局部加强技术的中面临的困难.

膨胀式自应力灌浆卡箍灌浆本构关系模型的研究

膨胀式自应力灌浆卡箍是一种典型的钢/灌浆组合结构,由于膨胀受限灌浆处于三向受压状态,在这种结构的强度校核中采用合适的灌浆本构模型是影响设计结果的重要因素。采用ABAQUS建模这种卡箍,构筑了三种灌浆本构关系模型,主要测试了莫尔库仑模型和塑性损伤模型的相关材料参数,然后通过一个节点灌浆卡箍的设计算例,比较和分析了三种灌浆本构模型的计算结果。仿真分析发现对于卡箍的灌浆强度校核,线弹性模型最保守,容易校核不合格,而塑性损伤模型最不保守。建议采用能反映灌浆的压碎和开裂行为的塑性损伤模型作为膨胀式灌浆卡箍强度校核分析的本构关系。研究结果可以为自应力灌浆卡箍的有限元强度校核方法提供有益的借鉴和指导。

膨胀式自应力灌浆卡箍与传统式的对比及其承载性能研究

本文把膨胀式自应力灌浆卡箍与传统式自应力灌浆卡箍进行了对比,然后对膨胀式卡箍的滑动应力经验公式和剩余承载力进行试验研究。对比管件表面喷砂状况下2种卡箍滑动应力经验公式发现,在相同预应力下(<3MPa范围),膨胀式卡箍的滑动应力明显大于传统式卡箍;增加测试了膨胀式卡箍管件表面喷丸状况下的滑动应力数据,拟合得到了滑动应力经验公式中的相关系数,该经验公式具有良好的准确性;试验发现膨胀式自应力灌浆卡箍在受损管件与灌浆环滑脱后仍有一定的剩余承载力,最大剩余承载力一般超过滑动承载力的70%。

载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑和防撬设计影响

传统的卡箍设计方法是通过建立海洋平台有限元模型并在强度分析基础上提取受损单元处完好时的最大载荷,将此载荷作为卡箍设计的初始条件。而卡箍实际承担的是平台安装上卡箍之后载荷重新分担下相应受损处承受的载荷,一般会比初始设计载荷大。着重研究载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑设计和防撬设计的影响,针对渤海湾中主要承受冰载荷作用的一个典型平台结构,提出了在线单元平台有限元模型上近似模拟卡箍的方法,提取载荷重新分担下的卡箍设计载荷进行了分析。结果表明载荷重新分担对卡箍防滑设计影响较小,但对防撬设计有着显著影响,并对此提出了在螺栓设计时增加螺栓预紧力安全系数的应对措施。

膨胀式自应力灌浆卡箍大尺寸模型的承载性能测试

为了推进膨胀式自应力灌浆卡箍技术的工程应用,本文进行了大尺寸卡箍模型的承载性能测试分析,主要通过内管表面多点的应变测试来分析灌浆环内表面的膨胀压力分布,通过测试螺栓拉力来分析灌浆环外表面的平均膨胀压力,最后利用"推出法"测定卡箍的滑动承载力,并结合膨胀压力分布情况进行分析。试验结果表明:灌浆环内表面膨胀压力在各个断面的分布是一样的,但断面不同位置膨胀压力的分布不均匀。由于灌浆环顶部存在空隙,造成了底部膨胀压力最大,两侧的压力较小,顶部是负压力。由螺栓拉力测试的灌浆环外表面平均膨胀压力理论推导出的内表面膨胀压力可以看出,内表面底部测试的膨胀压力比较符合推导值,侧部膨胀压力则偏小。滑动承载力测试时内管表面应变的数值大小也证实了膨胀压力的不均匀分布情况。另外该类型卡箍可以在灌浆后短时间(3~4d)内形成承载能力。

百米水深导管架维修灌浆卡箍设计及灌浆材料选取与试验

针对水深117 m的HZ21-1A导管架平台交叉斜撑杆处出现的裂缝,提出使用灌浆卡箍的方法进行维修,建立了灌浆卡箍模型,对灌浆卡箍进行了设计,选取了灌浆材料并进行了陆地强度和填充试验。HZ21-1A导管架平台裂缝灌浆卡箍维修现场水泥浆取样试块强度分析表明该灌浆修复项目成功实施,施工效果良好,填补了国内100 m以上水深导管架灌浆卡箍修复裂缝的技术空白,可为今后进行类似的灌浆工作提供技术参考。

灌浆卡箍在海洋下的载荷分析与实验研究

海洋平台导管架的修复是海洋工程的一个重要研究方向,其中灌浆卡箍加固修复应用最广.为了解在复杂海况下灌浆卡箍受到波浪与海流共同作用下的水动力,首先利用Morison公式分析灌浆卡箍上的线性波浪载荷,确定垂直方向和水平方向卡箍受到的波浪力和海流力,并进行水动力载荷计算,最后使用压力机对卡箍进行防脱实验.创新性的分别对卡箍进行垂直和水平方向的水动力进行分析,然后利用直管长螺栓型卡箍进行防脱实验,进而了解其所受的滑脱力.证实了灌浆卡箍加固修复方法对海洋平台导管架的安全性和可靠性有很大的帮助.

超高强度灌浆材料在导管架卡箍灌浆修复技术中的应用

南海东部海域某平台导管架在靠泊过程中发生碰撞,导致主桩腿及靠船件变形,平台大幅晃动,因正值台风来临之际,为保证平台安全运行决定采用灌浆卡箍技术进行修复。为保证修复进度和修复质量,创造性提出使用120 MPa超高强度灌浆材料进行灌浆的修复方案。结合工程案例,对超高强度灌浆材料选取、修复方案设计、修复施工过程等进行分析阐述。工程应用表明采用超高强度灌浆材料结合卡箍灌浆技术修复受损导管架桩腿达到了良好的预期效果,可为将来海洋平台结构修复提供借鉴。

导管架节点裂纹的卡箍加强维修

南海东部海域某平台导管架水下X撑检测出裂纹,在确定无法用打磨方式进行修复的情况下,决定采用张紧式灌浆卡箍进行修复。介绍了采用灌浆卡箍、机械式卡箍、张紧式灌浆卡箍修复海洋平台受损杆件的结构形式以及优缺点;结合工程案例,论述了张紧式灌浆卡箍滑移力、螺栓张紧力、卡箍环空中水泥强度等的设计计算方法,并给出了计算结果。工程应用表明,采用张紧式灌浆卡箍修复导管架X撑裂纹,达到了良好的预期效果,满足了结构强度的要求;另外,相对于其他水下焊接修复技术,采用卡箍进行维修的方案具有作业风险小、维修后结构设施更加安全可靠、适应性更广等优点。

海洋平台受损构件的承载能力与加固分析

采用了数值有限元和弹塑性理论解析方法,对某海洋平台结构受大型船舶冲撞的斜撑受损构件进行承载能力分析,同时对灌浆卡箍维修方案进行了理论分析与数值计算,分析评价了灌浆卡箍的修理方法。利用混凝土强度理论von Mises破坏准则,建立灌浆卡箍的轴向受拉、轴向受压和面内弯矩作用下的非线性有限元模型进行计算,与理论分析所得的承载能力设计值比较表明,灌浆卡箍的轴向抗拉、抗压承载能力要比原钢管强,但其抗弯承载能力不如原钢管。对照APIRP2A规范提供的设计值进行分析比较表明,其加固方案是安全的,用它进行海洋平台结构受损构件的承载能力及加固分析是可行的。