张力腿平台整体式负压基础设计研究

论文摘要

张力腿平台是当今世界深海开发的主力军,其锚固基础分为桩基础和负压桶形基础两种形式。由于深海中地质条件普遍较差,而负压桶形基础又特别适用于深海软土地基,因此相比桩基础而言,负压桶形基础是一种更加适合张力腿平台的基础形式。但目前负压桶形基础用于张力腿平台时适用水深仅为330m～350m,远远不能满足深海开发的要求。本文针对这一问题,在深入研究负压桶形基础的基础上,提出一种新型的,适用于上千米水深的张力腿平台整体式负压基础设计方案。整体式负压基础采用抗压储水舱储水的方法,彻底改变传统的用泵抽吸形成负压的方式,而是利用深海高压将桶内海水压入储水舱中,并使同一时间进入舱内的水量超过自底部渗入的水量,造成桶内压力小于桶外压力,产生负压,进而将桶基压入预定深度。本文参照南海环境条件,针对深海高压特点,设计了多种整体式负压基础总体结构方案并从中筛选出一个比较合理的方案,在此基础上对结构进行了详细设计。按照设计方案,建立有限元模型,对基础结构进行静力分析,并按规范进行校核;在此基础上进行了整体式负压基础的性能计算,包括下沉阻力计算、抗拔力计算以及地基承载力计算。计算结果表明基础结构满足强度和稳定性要求,同时满足性能要求,且在粘土和砂土环境中均有良好的适用性。整体式负压基础改变传统的泵抽吸形成负压的方式,大大增加了负压基础用于张力腿平台时的适用水深,且四桶同时沉贯,既极大缩短海上施工时间,显著降低施工成本和操作风险,又可确保张力腿保持平行,相比以往的桩基础和吸力式基础,优势明显;并通过结构和性能计算,验证了其在深海高压环境下的可行性,是一种新型可用的张力腿平台基础形式,对我国深海资源的开发,尤其是南海油气田开发,有重要意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 张力腿平台概述
• 1.1.1 张力腿平台总体结构
• 1.1.2 张力腿平台工作原理及性能
• 1.1.3 张力腿平台发展趋势
• 1.2 负压桶形基础概述
• 1.2.1 负压桶形基础的发展
• 1.2.2 负压桶形基础结构及工作原理
• 1.2.3 Snorre TLP 负压桶形基础实例
• 1.3 张力腿平台整体式负压基础设计思路
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 张力腿平台整体式负压基础设计理论
• 2.1 负压桶形基础的下沉阻力
• 2.1.1 不考虑渗流的下沉阻力计算
• 2.1.2 考虑渗流的下沉阻力计算
• 2.2 负压桶形基础的抗拔力
• 2.2.1 粘土中桶形基础的极限抗拔力
• 2.2.2 砂土中桶形基础的极限抗拔力
• 2.3 负压桶形基础的地基承载力
• 2.4 张力腿平台二维非线性拟静态分析模型
• 2.4.1 基本假设和坐标系统
• 2.4.2 静态偏移和下沉的数学描述
• 第三章 张力腿平台整体式负压基础设计
• 3.1 张力腿平台整体式负压基础总体结构型式
• 3.2 张力腿平台整体式负压基础工作原理及优势
• 3.2.1 张力腿平台整体式负压基础工作原理
• 3.2.2 张力腿平台整体式负压基础的优势
• 3.3 张力腿平台整体式负压基础结构布置及尺度
• 3.3.1 张力腿平台整体式负压基础主体尺度
• 3.3.2 抗压储水舱布置及尺度
• 3.3.3 桶形基础布置及尺度
• 3.3.4 桁架连接构件布置及尺度
• 第四章 张力腿平台整体式负压基础结构静力分析
• 4.1 设计条件
• 4.1.1 环境条件
• 4.1.2 施工建造条件
• 4.1.3 依据规范
• 4.2 有限元分析方法
• 4.2.1 有限元法的基本原理
• 4.2.2 有限元分析步骤
• 4.2.3 ANSYS 有限元软件
• 4.2.4 ANSYS 中的屈曲分析
• 4.2.5 单元特性
• 4.3 结构静力分析
• 4.3.1 抗压储水舱静力分析
• 4.3.2 桶形基础静力分析
• 4.3.3 桁架连接构件静力分析
• 第五章 张力腿平台整体式负压基础性能计算
• 5.1 张力腿平台整体式负压基础下沉阻力计算
• 5.1.1 自重作用下的下沉阻力计算
• 5.1.2 负压作用下的下沉阻力计算
• 5.2 张力腿平台整体式负压基础抗拔力计算
• 5.2.1 上拔力计算
• 5.2.2 粘土中的极限抗拔力计算
• 5.2.3 砂土中的极限抗拔力计算
• 5.2.4 抗拔安全系数
• 5.3 张力腿平台整体式负压基础地基承载力计算
• 5.3.1 桶顶载荷计算
• 5.3.2 地基承载力安全系数
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢