1.1目的

由于近海单腿平台的工作环境是在近海海面上，平台会受到各种工作载荷和风浪流等自然环境载荷的作用，因此对平台结构安全性的分析是确保平台在服役年限内正常使用的重要环节。近海单腿平台的桩腿是平台的重要组成部分，承受平台的竖向载荷和海风、海流和波浪的横向荷载。为了保证单腿平台在各种工作载荷和风浪流等自然环境载荷作用下都能安全工作，在设计单腿平台时必须要确定平台在工作海域的桩腿的强度单腿平台的桩腿通常采用打入的方式插入海底土泥线以下的某一深度处，考虑桩土相互作用的影响是分析桩腿强度乃至整个平台强度所必须要考虑的问题。为了评估单腿平台的结构安全性能，需要获得考虑桩土相互作用时单腿平台在风载荷、平台顶部载荷、静态波流载荷作用下的应力分布和变形特征、固有振动特征以及在动态波流载荷作用下的动力响应特征。随着计算机技术和数值方法的快速发展，有限元软件广泛应用于分析桩土相互作用、平台的应力分布特征、变形特征、振动特征和动力响应特征。

1.2意义

研究平台桩腿的强度对海上钻井具有重要意义。平台桩腿与海底土之间的互相作用直接影响到平台的施工、使用和安全性，对此进行研究涉及到海洋工程、力学、有限元分析等多个学科。

海洋石油导管架平台的桩基本上都是采用打入的方式插入海底土某一深度处，设置桩基的目的是为了承受竖向与横向的荷载，桩通过桩侧摩阻力和桩端阻力将上部的竖向荷载传递到深部土层或岩层，因而，桩的竖向承载力与桩所穿过的整个土层和桩底特力层的性质、桩的外形和尺寸密切相关。而桩所承受的横向荷载则通过桩身传给侧向土体，其横向承载力同桩侧上的抗力系数、桩身的抗弯刚度与强度密切相关。因此，对桩土互相作用机理的研究是分析桩腿承载力乃至整个平台承载力所必须要考虑的问题。

因为用仪器测量桩土相互作用的难度较大、成本较高，所以运用地基反力法进行研究显得尤为重要。在地基反力法中应用最广泛的是p-y曲线法。我将运用ansys软件对桩土的互相作用进行有限元分析。研究结果有助于了解风、浪、流对桩腿的影响，并为平台抗风、浪、流设计提供参考。

1.3国内外现状

国内方面，2000年滕晓青和顾永宁[1]运用sesam软件系统对某沉垫型自升式平台的固桩区和桩腿等重要区域进行了细化模拟。2008年李强[2]采用动力winkler地基梁模型模拟桩-土动力互相作用，运用非线性弹簧单元模拟土反力，研究了自升式平台桩靴的强度问题。2011年任杰等[3]分析了国内外在研究自升式平台桩腿与岩土互相作用是采用的方法，提出了采用有限元法分析时要充分考虑平台主体关键结构的多桩腿-岩土互相作用。2017年祁磊等[4]结合海洋岩土工程调查方法，探讨了一种新的基于标贯数的平台桩腿/桩靴贯入深度计算方法。2017年王江宏等[5]对tlp平台钢管桩基的岩土设计内容和方法进行了探讨，对国内tlp平台桩基设计技术发展有积极的推进作用。2017年郭心月[6]研究了作业水深增加对不同型式桩腿结构的自升式平台总体性能的影响。2016年李志富等[7]研究了极限海浪可能对海洋平台的安全造成极大威胁。2013年张建等[8]研究了海流载荷、波浪载荷、风载荷和浮力等环境因素对自升式钻井平台力学响应的影响，应用stokes五阶波浪理论模拟水质点的运动规律，得到了平台的响应特性。

国外方面，2003年 kellezi和stromann [9]运用abaqus研究了自升式平台桩靴穿透层状岩土，分析了桩靴与岩土的相互作用。2005年kellezi等[10]采用二维有限元法建立了位于北海的自升式平台桩靴与岩土之间的互相作用模型。2014年jamaluddin等 [11]调查了马来西亚水域极端波浪下现有单腿平台的结构响应，就地分析了马来西亚水域中极端环境载荷条件下单腿结构的可靠性。使用明确定义的就地分析方法分析了不同结构条件和不同环境载荷方向下结构的响应。2015年jamaluddin等 [12]进行了马来西亚水域极端环境下拉索式近海单塔平台的有限元分析。2014年eik和liew [13]针对tarpon平台的结构响应和特性，从其储备强度比和失效模式的角度对其结构系统进行了深入的灵敏度研究。2013年hafez和ismael [14]提出一种适用于建造近海单腿平台的新颖的两阶段合理方案;其中两个阶段是全地面水平施工阶段和施工后阶段。2014年zhou等[15]提出了简化的导管架海洋平台的建模方法，并给出了数值算例来说明该方法的有效性。在该方法中，导管架平台被描述为承受作用在导管架顶端中心的轴向压缩载荷的悬臂梁。采用伪激励法和经典ritz法推导了模型的随机地震响应。结果发现该方法可以准确有效地计算随机响应。

2. 研究的基本内容与方案