SPAR平台锚固基础的有限元分析

于此 数值 ）、＆ ＝ ｚ ｋ ａ（ ２ Ｐ 北海 土体条 件 ）， 为土 体深度 。假 定变 形模 量近似地 与 其不排 水抗剪 强度
成 Ｌ￣ Ｅ Ｌ Ｊ 与 的关系 为ＥＳ ＝５ ０ ，土 体饱和 容重 ， ８ｋ ／ ，摩擦 角 －０ ，泊松 Ｌ ｖ ＝． ，接触 ／． ０ Ｉ ｊ ４ 一ｌ Ｎ ｍ － 。 － Ｂ ：ｏ ９ ４ 面系数 ｃ ＝ ． 。对于 吸力锚 和桩基础 结构 ，采用 线弹 性本构 模 型 ，弹性 常数 分别 取为Ｅ ２１ １ ａ ［ ０６ 二 ５ ＝ ．× ０ＭＰ 、 泊松 比ｖ ０１ ＝ ．。所施加 力的方 向与水平 面夹 角 别为０ 、 １。 ０ 、４ 。 ０ 、９ 。 分 。 ５ 、３ 。 ５ 、６ 。 ０ 。
５卷 １
增刊 １ 总第 １ １ ） （ ９期
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造
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Ｖ １ Ｉ Ｓｐ ｌ ｎ １ Ｓｒ ｌ ｏ Ｉ１ ｏ． ｕ ｐｅ ｔ （ ｅｉ ． ９ ） ５ ｍｅ ａＮ
Ａｕ ． ０１ ｇ２ ０
２ １ 年 ８ 月 ００
Ｓ Ｐ ＨＩ ＢＵＩ ＬＤＩ ＮＧ Ｉ ＯＦ ＣＨ ＮＡ
文 章 编 号 ： １０ ．８ ２（０ ０ Ｓ —０ １０ ０ ０４ ８ ２ １） １０ ０ 。６
Ｓ ＡＲ平 台锚 固基 础 的有 限元 分 析 Ｐ
王 圣 强 ，李 飒
（ ．中国海洋石油 工程 股份有 限公 司 ，天津 ３ ０ ５ ； ２ １ ０４２ ．天津大学建工学院 ，天津 ３ ０ ７ ） ００２
用条件 。
关 键 词 ：ＳＡ Ｐ Ｒ平台；吸力锚；Ｐ ｘ 有限元程序；极限承载力 ｌｉ ａｓ 中 图 分 类 号 ： Ｐ５ ７ 文 献标 识码 ：Ａ
０ 引 言
随着 陆 上和 近海 石 油 资源 的逐 渐减 少 甚至 枯竭 ，油 气 资源 的开 发逐 渐 向深 海 发展 。传 统 的 自升 式
的位置 ，故系 泊点取其 锚体２３ ／稍偏下 的位 置。根 据Ｓ ＡＲ 台所使 用 的桩基 的设计 资料 ，桩基 的直径Ｄ Ｐ 平
选择 为２１４ ．３ ｍ，长 度分别 为 ：３ ｍ、６ ｍ￣ ８ ｍ，桩 壁厚度 ｔ Ｏ ２ ｍ。系泊 点所在 截面 是抗拔桩 的控制 ０ ０ Ｈ０ ＝． ８ ０
截 面，通过 控制 上拔 力作 用 点所在 截 面的位 移 进而 控制 该位 置 的摩 阻 力，可 以使抗拔 桩 的性 能得 到优 化 。相 同大 小的上拔 力作用 下，上拔力 作用 点处截 面位移 越小 ，对承 载越 有利 Ｉ。 Ｉ Ｊ 土 体 为海底软 粘土 ，土 的不排 水抗 剪强 度 随 着深度 的增加 呈线 性增 加 的趋势 ，综 合 墨西哥 湾和 北海海底 土体 的变化趋 势 ，将 土体不 排水抗 剪强度 变化 分为 ： ＝ ｚｋ ａ（ ｌ Ｐ 土体 的强度 变化 一般不 会小
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学术 论文
１ 模 型和 计 算Hale Waihona Puke Baidu 围选 取
材 料模 型取Ｍｏ 卜 ｏ ｌｍｂ ｈ Ｃ ｕｏ 模型 ，Ｍｏ ｒ ｏ ｌｍｂ ｈ— ｕｏ 屈服 条件是Ｃｏ ｌｍｂ 擦 定律在 一般应 力状态下 的 Ｃ ｕｏ 摩 推广 。此 条件 保证 了一个材 料单元 内的任 意平面 都将遵 守Ｃ ｕｏ 摩擦 定律 。 ｏ ｌｍｂ 有 限元分 析桩土 性状所 关心 的区 域主要 集 中在桩 周 围有 限的半 径范 围 内，故假 设桩和 桩 周土均 为 各 向同性 材料 。桩周 土体 半径 为桩径 的 十倍 ，在 竖直 方 向取 土体 边 界尺 寸为 两倍桩 长 。此 时就 可 以忽 略 土体 的边 界效应 ，进而 在有 限元计算 精度和 求解 时 间之 间找 到一个 合理 的平衡 点【。 引
摘
要
Ｓ ＡＲ 平 台是 目前应用较为广泛 的深海 石油平 台形 式之 一，其基础形 式主要有 吸力锚和桩基 。运用有 Ｐ 限元分析软件 Ｐａ ｉ ３ ｏ ｎ ａｉｎ ｌ ｓ Ｄ Ｆ ｕ ｄ ｔ ，采用 了 Ｍｏ ｒ ｏ ｌｍｂ弹塑性本构模型 ，选取具有代表性 的吸力锚和 ｘ ｏ ｈ— ｕｏ Ｃ 桩基 进行 三维有限元分析，得到 了吸力锚和桩基 的极 限承载力，讨论 了二者承载力特性 的区别及各 自的适
２ 计算 条 件 及参 数 选 取
根据 目前 Ｓ Ａ 平 台所使 用 的吸 力锚设 计 资料 ，此 次计 算吸 力锚直 径Ｄ 择 为５ ＰＲ 选 ｍ，吸力 锚 的长径 比 分 四种情 况 ，分别 为：／ ２ ／ ４ ／ ６ ／ － 。即吸力锚 长度￡ ＬＤ＝ 、ＬＤ＝ 、ＬＤ＝ 、ＬＤ－ ８ 分别 为： ｒ 、２ ｍ、３ ｍ、４ ｍ。 ｌｅ ０ Ｏ ０ ０ 桶壁厚度ｔ ００ ｍ （ ＝． ５ 或者 取Ｄ／０ ）。美 国Ａ Ｉ １０ Ｐ 规范 指 出【，吸 力锚 的最 佳 系泊 点位置在 其锚 体２３ ４ １ ／稍偏 下
平 台 己不 再适 用 ，各种 新型 的适 应深 海 采 油的平 台技术 不 断涌现 。其 中立 柱 式Ｓ ＡＲ 台为 目前 应用 较 Ｐ 平 为广 泛 的深海 石油 平 台形式 ，从 结构 上 讲 ，Ｓ Ａ Ｐ Ｒ平 台可 以分 为三 个部 分 ，即平 台上 体 、平 台主 体和 系
泊 系统 （ 括锚 固基 础 ） Ｐ 平 台锚 固基 础形 式 主 要有 两 种 ，即吸 力 锚 （ 包 。Ｓ ＡＲ 又称 吸 力桩 ）和桩 基 ，其 结构 形式 如 图１ 所示 。其 中桩基 础适 用 于海 底地 基 土 良好 且深度 不 是很 深 的情况 ，但 对 于淤泥 质土 、粘
土土质 、粉砂 质粘 土 以及土 质情 况 不稳 定 ，存 在 一定 塌 陷性状 的土 层 的情 况下 ，承 载 力不 能满足 要求 ， 而且 随着 水深 的增 加桩 基础 的施 工难 度 和造 价都 大 大增 加 。
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图 １ 吸 力 锚 和 桩 基
收 稿 Ｈ期 ：２ １ －３ １ ；修 改稿 收稿 曰期 ：２ １ —６ ２ ０ ００ 。 １ ０００—０