海洋桩基大型夹吊具夹持承载机理分析及实验研究

The underwater installation of the foundation pile of jacket and fan turbine mounting is one of the key problems in installation of offshore oil platform and generator set of turbine. This subject will focus on the research of gripping and load bearing mechanism for large-scale holding and lifting tools on ocaen foudation piles. The characteristic and law of deformed trait of the foundation shell will be analyzed and determine the critical load of local instability of foundation pile and maximum clamping vertical stress, to establish corresponding relation between load stress and strain, and to optimize load number. Analyze the load-bearing mechanism of clamp system of foundation pile, break through the bounds of small friction coefficient in traditional theory, study contact mechanics problems between press teeth and the outer wall of foundation pile, establish deformation compatibility equations, deduce the check formula of gravity load distribution function and teeth strength, and optimize pressure tooth structure to increase load capacity.Analyze the disturbing effects on offshore installation activities from currents and waves.The static force and wave dynamic response will be analyzed by load combination at most disadvantageous condition.Study the influencing factors of stability and reliability and determine reasonable safety coefficient under the sea.The offshore foundation pile clamping experiment system simulating operations on sea will be manufactured.The research will be done on the effect to the clamping stability through the applied different thrust simulated sea wind, wave and flow movement on the foundation pile, get the influence law of stability and process in the different interference factors at foundation pile clamping installation work.

导管架桩基的水下安装与风机叶轮支架桩基的吊装分别是海洋石油平台、海上风机发电机组安装的关键问题之一。本课题将围绕海洋桩基大型夹吊具夹持承载的机理展开研究。研究桩基壳体受力屈曲变形特点及规律，确定桩基局部失稳临界载荷及最大夹持正应力，建立加载应力与应变的对应关系，优化加载载荷数；研究桩基大型夹吊具夹紧机构承载机理，摆脱传统理论中纯摩擦系数小的制约，进行压齿与桩基外壁接触承载力学问题的研究，建立变形协调方程，推导重力载荷分布函数及齿尖强度校核公式，优化压齿结构，提高承载能力；分析海洋风、浪、流对桩基海上安装作业的干扰影响，按最不利情况荷载组合进行静力与波浪动力响应分析，研究稳定性、可靠性的影响因素，确定合理的安全系数。模拟海上作业的桩基夹持实验系统研制，通过施加不同的推力进行模拟海洋风、浪、流运动对桩基夹持稳定性影响的实验研究，获得桩基夹持安装作业中不同干扰因素对其稳定性和作业过程的影响规律。

导管架桩基的水下安装与风机叶轮支架桩基的吊装分别是海洋石油平台、海上风机发电机组安装的关键问题之一。本课题在研究期间内围绕着海洋桩基大型夹吊具夹持承载的机理展开了研究。首先，在桩基壳体受力屈曲变形分析与研究中，应用弹塑性力学理论研究了基桩壳体受力屈曲变形特点及规律，确定了基桩局部失稳临界载荷及最大夹持正应力，建立加载应力与应变的对应关系，优化了关键数据加载载荷数为：4-5对对称载荷，为安装在导管架上的夹桩器、吊具油缸数量的确定提供技术指导及设计依据。其次，在桩基大型夹吊具夹紧机构承载机理分析与研究中，应用局部塑形变形承载力学分析理论，确定了关键数据等效当量静摩擦系数范围为：0.6-0.75，突破了传统理论中纯摩擦系数小的束缚。同时，推导了重力载荷分布函数及齿尖强度校核公式，优化压齿结构，提高承载能力。之后，分析了海洋风、浪、流对基桩海上安装作业的干扰影响，按最不利情况荷载组合进行了静力与波浪动力响应分析与研究，利用Morison方程分析了导管架电缆护管上受到的波浪载荷，研究其线性波浪的运动特性。得出的重要结果是在波流联合作用时，导管架电缆护管单位长度上拖曳力对合力的影响较大，而海流引起的惯性力很小，深海处合力主要为海流产生的拖曳力。最后，进行了模拟海上作业的实验系统的研制，结合工程应用背景，设计了背负式卡子荷载性能实验台，能够针对水下夹紧构件进行模拟海流、海浪冲击力的实验测试，检验桩基夹持器背负式卡子在海水中工作的稳定性和可靠性。该成果已经成功应用在海洋工程施工中，缩短了施工工期，获得了良好的经济效益。