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复杂条件下海上独立桩结构计算分析与设计优化研究
| 论文题名： | 复杂条件下海上独立桩结构计算分析与设计优化研究 |
| 关键词： | 海洋独桩平台;p-y曲线;独立桩结构;变径桩设计;桩顶水平位移;结构选型 |
| 摘要： | 海洋独桩平台常用于海洋石油的开发，其上部甲板结构由单一钢管桩即独立桩支撑。胜利油田埕岛油田目前常规的独立桩桩径(2.0m以下)，在风、浪、流、冰的动力荷载作用下，其桩顶水平位移通常大于30cm，易造成栈桥上工艺管线及附属结构的损坏，严重影响正常的油田生产。根据埕岛油田开发的实际情况及独立桩的特点，从减小泥面以上桩体承受的水平荷载，增加基础刚度等多因素考虑，工程中引进了变径桩设计。 本文基于复合地基法(p-y曲线)理论，通过运用海洋工程分析软件SACS，对位于埕岛油田典型土壤条件的独立桩在45cm冰厚、设计波高及校核波高三种工况下，对不同结构形式、不同桩径下的桩项水平位移和泥面处桩体承受的水平荷载进行数值模拟分析，同时对桩结构进行选型和优化分析。 具体成果如下： 1.桩顶水平位移与桩结构的变径部位有关。当桩径相同时，在45cm冰和设计波高条件下，单桩泥面处变径的桩顶水平位移小于单桩整体变径，-3.5m处变径的桩项水平位移又小于单桩泥面处变径。 2.桩顶水平位移与桩径大小有关。三种桩结构条件下随着桩径增大桩顶水平位移均减小。 3.桩在泥面处承受的水平荷载与桩在泥面外的桩径有关。整体变径桩结构桩径增加其相应的泥面处的水平荷载增加，-3.5m处变径桩结构桩径增加其相应的泥面处的水平荷载也增加，但泥面处变径桩结构桩径增加其相应的泥面处的水平荷载不会变化。 4.独立桩的桩顶水平位移受水深、地层情况影响较大。在校核波高条件下桩径相同时，单桩整体变径的桩顶水平位移小于泥面处变径，单桩局部变径时-3.5m处变径的桩顶水平位移又小于单桩整体变径。不同土层条件下，承载性能的土层其桩顶水平位移小。 因此，要减小桩顶水平位移有应从以下几方面考虑：减小土体水平变形、减小荷载、增加桩体刚度。 依靠埕岛油田目前水下施工的施工能力，可考虑向海底抛石以改变浅层土体的土壤条件，减小土体水平变形，由此进行数值模拟分析，得出改善上部土层条件对减小桩顶水平位移效果明显的结论。在-3.5m变径的基础上，进一步以优化结构截面型式、桩体变径为研究方向，来减小荷载、增加桩体刚度，并由此进行结构选型分析，指出三级变径长加肋立管桩结构为适合埕岛油田工程实际的独立桩结构型式。 |
| 作者： | 马轶男 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 张强勇;王腾 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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