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【分析实例】南海浅水恶劣环境下单点FPSO系泊系统设计 一艘新建15万吨级FPSO将用于中国南海珠江口盆地的油田开发,油田水深87m。该FPSO使用内转台单点系泊定位,设计寿命30年。 1.设计环境条件考虑 中国南海经常有台风过境,近年来台风的过境次数和破坏力均有所增强,带来的结果是极限环境设计条件随之增加。LH11-1FPS设计条件变化情况比较如表1所示,从表中可以发现百一遇的极端设计条件出现了非常明显的增加。处于安全设计考虑,系泊系统的极限设计条件也随之提高。考虑到该FPSO较长的设计寿命(30年),采用100一遇的环境条件来作为极端设计条件会使得最终结果偏于危险,基于此,系泊系统的极端设计条件从100年一遇增加到500年一遇。 使用如此严酷的环境条件作为计算设计条件,同时水深仅有87m,该FPSO的系泊系统设计遇到较大的挑战。该系泊系统必须具有足够的破断强度以保证缆绳的安全性,同时还需要有足够的恢复力特性以满足500年一遇条件下立管的安全性。 表1 南海LH11-1(老流花FPS)环境条件变化比较 极端设计条件(100YRP) 设计寿命 资料年份 水深 [m] Hs [m] Tp [s] 一小时平均风速 [m/s] 表面流速 [m/s] LH FPS 12.98 15.3 42.90 2.26 15 1995 300 LH FPS 13.60 16.4 43.80 2.00 10 2006 300 增加百分比[%] 4.8% 7.2% 2.1% -11.5% / 2.系泊设计 为了适应设计条件要求,系泊系统须有合理的回复刚度以限制FPSO的位移。87m水深条件下,系泊链具有非常明显的悬链线特征,回复刚度主要由系泊缆自身重量和海底卧链重所提供,为了达到更好的定位效果,锚链需增加配重块以增加系泊系统回复能力。为了控制缆绳张力载荷和FPSO漂移运动,系泊系统的布置采用分组布置。通常,FPSO系泊系统的分组布置通常采用3X3、3X4或者更多缆绳的组合。一组缆绳需要多少根系泊缆需要通过分析确定。由于系泊缆将与海底经常性的接触、摩擦,因而聚酯缆不在考虑范围内。出于连接操作考虑,系泊缆连接导缆孔的上段部分应为钢链。为了减小单点垂向受力,系泊缆的中间段将选择钢缆。需注意的是,需要避免钢缆出现在系泊缆与海底的接触段范围内,以避免频繁接触对钢缆造成破坏。 出于以上考虑,新建FPSO的系泊缆将由钢链-钢缆钢-链以及配重块组成。 为了估算所需要的上端钢链直径,FPSO压载工况时的导缆孔作为系泊缆上端的输入条件;处于简便考虑,风浪流同向的波浪主导环境条件作为输入条件;将FPSO最大的风力系数和流力系数作为输入条件。通过Ariane进行试算得出初步结论:上端链使用R4K4,直径不应小于146mm。 对比无配重块和不同重量配重块对于系泊回复特性的影响进行了比较,比较结果如图2所示。系泊半径1200m,FPSO处于压载状态,锚链直径146mm。当配重块重量增加时(分别为1t/m, 1.3t/m 和1.6t/m),系泊缆刚度增加明显,同时张力也相应增加。当导缆孔水平偏移22m时,相比于无配重块系泊缆,有配重块时系泊缆上端张力分别增加8%,13%和15%。当系泊缆张力同为12000KN时,有配重块系泊缆连接的导缆孔偏移分别减小1.3m,1.9m和2.3m。综合考虑造价和性能,躺底段配重块重量选为1.3t/m。
#PLAXIS#某狭长的浅基坑支护方案计算 技术邻作者:鹤运 按: 某日,导师对学校某基坑开挖设计进行评审,从经验判断设计方案过于保守。为了更有把握,导师让我根据对方提供的资料算一算。计算的结论是,原方案的确比较保守。 这是个比较典型的小例子,供大家参考。 1.工程概况: 单侧开挖长度为135.0m,开挖宽度约6.0m。待复核剖面采用钢管桩复合土钉墙支护方式(土钉+锚杆+微桩复合支护)。 沿长度方向布置钢管桩290根,桩长6.0m,桩直径150mm,桩间距50cm,桩体采用D80焊接钢管,成孔后下设钢管,桩体周围注入PSA32.5的水泥浆,水灰比0.5。开挖过程中支护剖面设置2道土钉和1道预应力锚杆,具体情况详见剖面图: 2.参数取值: 因为是个很简单的模型,用MC model计算。 根据工程经验和地勘资料取模型参数: c/kPa φ/° γ/kNm-1 素填土 10 8 17 杂填土 15 15 18 粉砂 9.5 30 18.5 粘性土 24 26 18 (压缩模量参考值在坑深范围内取7MPa,坑底下取12MPa) 3.有限元模型 土均用摩尔库伦模型模拟。土钉、锚杆锚固段用土工格栅模拟,钢管桩用板单元模拟。土钉EA=2.4*105kN,锚杆自由段EA=2.75*104kN,锚固段EA=3.85*105kN。钢管桩中钢管内径80mm,外径90mm,桩体直径150mm,EA=7.4*105kN,EI=745.5kN*m2。临时工棚及其他荷载简化为60kPa的均布荷载,宽度6m,距基坑侧壁3m。 支护时,有80mm厚的混凝土面层,每延米面层EA=20.4*105kN,EI=1088 kN*m2。面层的刚度与桩相比不能忽略,分别进行不考虑面层贡献的计算和考虑面层贡献的计算。
船体在中远场水下爆炸环境下的响应的abaqus仿真 之前看到美国的3000吨级濒海战斗舰抗冲击测试的新闻报道,美军有钱也是出了名的,不过新闻上也说了: ““战斗毁伤测试(BDT)也被称作“抗冲击测试”,是检验近失弹爆炸后,水中爆炸冲击波对舰体会造成多大影响,以及舰体是否能承受住这种打击。BDT实际是美海军大型战舰服役前的“必过关卡”,连航母都需要测试。” 看到这个想起来自己以前做过的水下爆炸对船体冲击效应的模拟。 根据爆距来看,这种工况其实属于中远场爆炸,中远场爆炸冲击效应对船体的毁伤是一个很复杂的课题,不同的工况有不同的效果,比如根据爆点的位置有水面爆炸、水下爆炸,水下爆炸也分为船体侧面、船体正下方,等等等等。 船体的毁伤模式又包括很多种,并且一般的毁伤都是多种模式的组合,像局部毁伤(穿甲等,一般是因为爆炸距离较近),整体毁伤(船整体大变形,比如船正下方爆炸形成的空化效应导致船整体断裂等)。 圆柱壳是潜艇等水下航行器的典型的简化结构形式,在对水下爆炸以及结构抗冲击的过程和机理的研究中,往往采用简化的圆柱壳模型。 模拟的部分效果图如图所示: 1. 入射点压力的时程曲线:第一个峰值(第一个波峰是冲击波,冲击波波峰是气泡脉冲波峰的数倍,并且作用时间非常短,几乎与y轴重合了,因为时间是根据冲击波波阵面到达入射点开始计算的。这个是作图的疏忽,时间轴应该选取一个负数开始的。)是冲击波,第二个和第三个是气泡脉冲造成的,整体的压力大部分时间都小于0,这也叫空化效应。
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