局部受损导管架灌浆卡箍加固参数化设计法与极限承载力研究

The subject will study the characteristics of grouted clamps and contributing factors against the background of strengthening technology, aiming at reinforcing partly-damaged underwater structure of an offshore platform. First, analysis is carried out around the theme of the characteristics of clamp reinforcing to strengthen and its influencing factors based on the related technology research at home and abroad. Second, the characteristics of grouting clamp reinforcing to strengthen and the contrast analysis between the mechanical and grouting clamp on static and dynamic mechanical strength will be studied. The key research is the bearing mechanism combining with rigid-soft- rigid objects, and grouting clamp limit load and its safety margin will be quantitative analyzed. Third, a new method to design grouting clamp based on parameters was researched and it can realize the standardization of series clamp design, form a new unified method for grouting clamps. Last, physical models are made for a series of straight pipes and different types of grouted clamps, which serves for performance experiments on mud mechanics, sealing, axial stretch, compression load, ultimate load and so on. We can get experimental data about safety margin of reinforcement of grouted clamps, and revise theories of quantitative analyses. It lays a theoretical foundation and offers experimental data for technologies used to reinforce damaged parts of offshore platforms, and provides fast design methods and technology basis for the reinforcement task of grouted clamps encircling the damaged structure of offshore platforms.

此课题将以导管架水下局部受损结构的加固加强技术为背景，进行灌浆卡箍的参数化设计方法与极限承载能力研究。首先在国内外相关技术研究基础上，进行灌浆卡箍参数化设计方法的研究，实现系列卡箍的标准化设计，建立形式统一、计算简便的灌浆卡箍设计新方法; 其次，进行灌浆卡箍极限承载能力的研究，分析灌浆卡箍加固机理及其影响因素，重点研究刚—柔—刚性体组合承载机理，进行灌浆卡箍极限承载载荷与安全裕量的量化分析; 最后，加工直管及不同型式节点灌浆卡箍系列模型样机进行泥浆力学、密封、轴向拉伸与压缩载荷、极限承载载荷等性能实验，得到灌浆卡箍极限承载载荷与安全裕量实验数据，修正理论定量分析。其意义是为海上平台导管架局部损伤结构的强度加强技术提供理论基础与实践数据参考，并且为导管架局部受损结构的海上维修施工提供加固效果明确可知的技术指导及卡箍设计新方法, 提高施工技术人员设计效率。

本次研究课题的科学问题属性为“需求牵引、突破瓶颈”。随着海洋石油和天然气资源的开发技术不断发展，海洋平台结构在其形式和功能上日益复杂化。海洋平台结构具有框架庞大、形式复杂、造价昂贵、所处环境复杂和恶劣等特点。海洋平台导管架结构主要损伤类型有凹痕、腐蚀、地基土冲刷和海冰等，由此所造成导管架结构局部受损，并且会降低整个海洋平台结构的安全性及可靠性，从而影响正常的油气资源开发。因此，此课题以导管架水下局部受损结构的加固加强技术为背景，进行了灌浆卡箍的参数化设计方法与极限承载能力研究。.此课题主要进行的研究内容有：首先在国内外相关技术研究基础上，进行了灌浆卡箍参数化设计方法的研究。提出了将导管架局部未失稳缺陷处视作铰接点，卡箍的设计将以缺陷处为中心展开的新设计方法，实现了系列卡箍的标准化设计，建立了形式统一、计算简便的灌浆卡箍设计新方法。其次，进行了灌浆卡箍极限承载能力的研究，分析了灌浆卡箍加固机理及其影响因素。重点进行了刚—柔—刚性体组合承载机理的研究，同时，进行了灌浆卡箍极限承载载荷与安全裕量的量化分析。最后，加工直管与不同型式节点灌浆卡箍系列物理模型进行了泥浆力学、密封、轴向拉伸与压缩载荷、极限承载载荷等性能实验，得到了灌浆卡箍极限承载载荷与安全裕量实验数据，修正了理论定量分析。.通过此课题的研究，其意义是为海上平台导管架损伤结构的强度加强技术提供理论基础与实践数据参考，并且，为导管架局部受损结构的海上维修施工提供加固效果明确可知的技术指导及卡箍设计新方法, 提高施工技术人员设计效率。.此课题研究的四年期间，将此灌浆卡箍设计新方法成功应用于2021年承担的中海油公司横向科研课题“海缆拖拉辅助装置的研制”项目中（总经费：175 万元）。在人才培养方面，培养硕士5人。在学术方面，发表SCI检索文章：19篇，EI核心检索：6篇，取得相关技术授权发明专利：5 项，超过预期研究成果计划数量。