автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Работа узлов закрепления свай морских стальных стационарных платформ

КРИМСЬКА АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО ТА

Г; С .-і курортного будівництва

СІІЩОВ Володимир Петрович

УДК 624.042.1:627.2

РОБОТА ВУЗЛІВ ЗАКРІПЛЕННЯ ПАЛЬ МОРСЬКИХ СТАЛЕВИХ СТАЦІОНАРНИХ ПЛАТФОРМ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Сімферополь - 2000

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Кримській академії природоохоронного та курортного будівництва (КАПКБ) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

АЖЕРМАЧОВ Геннадій Арсентійович,

Кримська академія природоохоронного і курортного будівництва, завідувач кафедри металевих і дерев'яних конструкцій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор КАЗАКЕВИЧ

Михайло Ісаакович, Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту, завідувач кафедри мостів;

кандидат технічних наук, доцент ЛІНЧЕНКО Юрій Петрович, Кримська академія природоохоронного та курортного будівництва, доцент кафедри залізно-бетонних конструкцій.

Провідна устапова: Київський національний університет будівництва

та архітектури, кафедра металевих і дерев'яних конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться « 2000 р. у У/ годин на

засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.079.01 у Кримській академії природоохоронного та курортного будівництва за адресою: 95006, м. Сімферополь, вул. Павленко , 5, навчальний корпус 1, актовий зал .

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Кримської академії природоохоронного та курортного будівництва за адресою: 95006, м. Сімферополь, вул. Павленко , 5, навчальний корпус 2.

Автореферат розісланий « 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Рубель О. А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Значна частина перспективних площ вуглеводнів, початкові ресурси яких оцінюються в об’ємі 1,5-2,4 трлн. куб. м у газовому еквіваленті, на Азово-Чорноморському шельфі залягає в місцях із глибиною моря 100 і більш метрів, і для освоєння таких родовищ необхідне будівництво морських сталевих стаціонарних платформ (МССП) нового покоління.

МССП являє собою інженерну споруду, яка складається з палубних конструкцій і опорного блоку, що закріплюється до ґрунту за допомогою сталевих трубчастих паль. Проектування морських стаціонарних платформ здійснюється відповідно до вимог відповідних розділів СНіП і ВСН 51.3-85. Вузол монтажного виготовлення, контроль якості, виконання якого найбільш утруднений, - це вузол закріплення паль в елементах опорного блоку. Відмовлення роботи даних вузлів веде до припинення бурових і експлуатаційних робіт, що спричиняє величезні економічні втрати, і сприяє руйнуванню платформи й створенню умов для екологічної катастрофи в акваторії.

Експлуатаційній надійності вузлів закріплення паль присвячено багато праць в Україні і за рубежем. Існуючі рекомендації із проектування вузлів закріплення паль не утримують указівок по врахування способу передачі навантаження на вузол при проектуванні і конструктивних особливостях окремих елементів вузла.

Питання підвищення несучої здатності вузлів закріплення паль за рахунок створення нової конструктивної форми й врахування особливостей робота такого з'єднання в зоні "опорний блок — вузол -паля", з одночасним зниженням матеріалоємності з'єднання (при середній вартості металоконструкцій у морських спорудах 8500...9000 гривень/тонна), вимагає проведення спеціальних досліджень.

Автором пропонується ефективне технічне рішення вузлів закріплення палі й методика розрахунку вузлів, що враховує спосіб передачі навантаження на вузол. Дане технічне рішення дозволяє підвищити несучу здатність вузлів і знизити їх матеріалоємність.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження теоретичного і прикладного характеру виконані відповідно до програми НДР Міністерства освіти і науки України "Розробка базових конструкцій морських стаціонарних платформ для освоєння нафтових і

газових ресурсів континентального шельфу України" № державної реєстрації 019711015931 , у доповненні до Національної програми "Нафта

і газ України до 2000 року".

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення несучої здатності вузлів закріплення паль МССП за рахунок створення нового ефективного конструктивного рішення з урахуванням особливостей роботи вузлів. „

Для досягнення поставленої мети були вирішені такі задачі: -теоретично визначений розподіл зусиль у вузлах закріплення паль при прикладенні навантаження на вузли через траверсу;

-удосконалено конструкцію вузлів закріплення паль;

- розроблено комп'ютерну модель ефективного вузла закріплення паль на основі методу кінцевого елементу (МКЕ);

-експериментальним шляхом підтверджені схеми руйнування вузлів закріплення при передачі навантаження через траверсу;

-узагальнені на основі порівняльного аналізу результати досліджень у ефективних вузлах закріплення паль.

Наукова новизна отриманих результатів складається з:

-отримано розрахункову формулу для визначення значення інтенсивності зусиль по довжині вузлів закріплення паль, що враховує геометричні і деформаційні характеристики елементів, що складають вузол;

-удосконалено конструкцію вузлів закріплення паль, підвищена несуча здатність вузлів закріплення паль;

-запропоновано розрахункову формулу для визначення граничної відстані виступаючих ребер, установлених на поверхнях труб вузла в зоні контакту з міжтрубним заповненням, з урахуванням ефекту сталевої обойми;

-експериментально підтверджені схеми руйнування бетонного заповнення у вузлах закріплення паль при навантаженні через траверсу.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено рекомендації з проектування вузлів закріплення паль МССП, що використані при проектуванні морської сталевої стаціонарної платформи на Каспійському морі фірмою "АйСиИнжиниринг", дочірньою компанією ЗАТ "Чорноморнафтагазпромбуд".

Особистий внесок здобувача полягає:

з

-у розробці методики розрахунку вузла, що враховує спосіб прикладання навантаження на вузол;

- в удосконаленні вузла, зв’язаному з установкою ребер під кутом до подовжньої осі з'єднання на поверхнях труб, що контактують з бетонним заповнювачем;

-у розробці комп'ютерної моделі вузла закріплення;

-у проведенні експериментальних досліджень роботи вузла при передачі навантаження через траверсу;

-в обробці, систематизації і науковому аналізі результатів досліджень.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи і матеріали досліджень доповідалися й обговорювалися на науково-технічній конференції "Морські споруди континентального шельфу" (Севастополь 1989); науково-технічній конференції "Удосконалювання розрахунку і конструювання фундаментів" (Севастополь 1990); 2-ий науково-технічній конференції "Питання надійності й оптимізації будівельних конструкцій і машин" (Сімферополь 1991); науково-технічній конференції "Формування навколишнього середовища на урбанізованих територіях Криму” (Сімферополь 1996); науково-технічній конференції КИПКБ (Сімферополь, 1998).

Публікації. Основні наукові результати за темою дисертації опубліковані в 12 наукових працях, у тому числі: 4 статті в

спеціалізованих наукових збірниках, 3 винаходи і 5 доповідей на науково-технічних конференціях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел (134 найменувань робіт), 1 додатка. Основна частина викладена на 176 сторінках, у тому числі: 111 - сторінок машинописного тексту, 13 - сторінок списку використаних джерел , 45 повних сторінок з малюнками, 2 таблиці (1 сторінка), 1 - додаток (6 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В вступі описуються актуальні задачі, покладені в основу роботи, дається загальна характеристика і відомості про склад дисертації, а також інформація про публікації автора, сформульована мета роботи, наукова новизна і практична цінність результатів.

У розділі 1 зроблені огляд і критичний аналіз науково-технічної й інструктивно-нормативної літератури з наступних напрямків: проектування і тенденція розвитку конструктивних форм МССП; формоутворення вузлів закріплення МССП із трубчастими палями; аналіз існуючих методик розрахунку з'єднань «паля-напрямна» морської платформи.

Показано взаємозв'язок колструктивної форми опорного блоку морської сталевої стаціонарної платформи з пальовим закріпленням до дна і формою вузла закріплення паль. Приведено різкі конструктивні рішення вузлів закріплення паль. Питанню розробок ефективних вузлів закріплення і їх розрахунку присвячені роботи Г.А. Ажермачова, Я.С. Бернікера, Ю.Є. Булавінцева, М.М. Рижакова, В.О. Пермякова,

B.О. Митрофанова, О.О. Нілова, Є.П. Морозова, Б.Ф. Кісіна, Р.Є. Ханіна,

C.А. Оруджева, Л.А. Межлумова, В.О. Ширинова, закордонних дослідників - С.І. Біллінгтона, І.Є. Теббета, Г.Н. Левіса, Н.В. Крахла, Д.І. Карсана, Т. Яамасакі й ін.

Дослідженням у галузі розрахунку композитних конструкцій, до яких можна віднести вузли закріплення з міжтрубним заповненням, присвячені роботи І.А. Біргера, С.Н. Кана, І.І. Воровича, А.П. Вороновича, A.B. Андреева, В.Е. Дьяченко, Е.Ф. Прокопало, A.M. Гохбаума, Ю.Н. Новичкова, Б.В. Гулина, Г.І. Маркелова, А.Л. Рабиновича, Л.М. Куршина, В.О. Пермякова, Э.Ф. Панюкова, Л.І. Стороженко, М.М. Холм’янського й ін.

Дослідженнями надійності металевих конструкцій при роботі їх в екстремальних умовах займалися Є.В. Горохів, Р.Г. Губайдулін, М.І. Казакевич, В.В.Кулябко, М.М. Жербин, В.В. Ларіонов,

A.B. Перельмутер, С.Ф. Пічугін, О.В. Сільвестров, B.C. Шебанін,

B.Н. Шимановський, LH. Лебедич і Ін.

Аналіз раніше проведених досліджень показав, що в окремих роботах приведені емпіричні залежності для розрахунку вузлів закріплення паль з елементами опорного блоку, засновані винятково на експериментальних даних; майже у всіх роботах, присвячених вивченню вузлів закріплення паль, відсутній аналіз руйнування вузлів, який необхідно врахувати при розробці методики для розрахунку вузлів закріплення паль; більшість досліджень ніяк не враховує фактор передачі навантаження на вузол з'єднання спідничної палі (система сполучної решітки чи система траверс).

На ослові бібліографічних досліджень була сформульована робоча гіпотеза, яка полягає в тому, що врахування способу розташування виступаючих ребер на поверхнях труб, що контактують з бетонним заповненням, може призвести до підвищення несучої здатності вузлів закріплення паль. А врахування способу передачі навантаження на вузол дозволить підвищити точність визначення напружено-деформованого стану вузлів закріплення паль.

Розділ 2 присвячений вивченню роботи вузлів закріплення паль при передачі на них навантаження через вертикальне ребро траверси (мал. 1 .А). Для рішення задачі застосований метод Біргера I.A., при цьому прийняті такі гіпотези і передумови: - поперечні переріз у процесі деформування вузла можуть переміщатися поступально, залишаючись плоскими; - поперечні нормальні напружені відносно малі в порівнянні з подовжніми нормальними напруженнями в елементах вузла; - у результаті спільної роботи елементів вузла виконується рівність деформацій бетонного заповнення і труб вузла на границях контактів у граничному стані; - при деформуванні матеріали, що складають комплексний перетин, мають пружно пластичними властивостями; - при розрахунку труб вузла передбачається, що в окружному напрямку нормальні напружені постійні по товщині стінки, а в радіальному напрямку дорівнюють нулю.

Для визначення інтенсивності розподілу зусиль за довжиною вузла використовується умова спільності деформації елементів вузла. Сумарні переміщення складаються з прогину ребер, установлених на поверхні труб у зоні контакту з бетонним заповненням, і деформацій бетонного заповнення, і рівні різниці подовжніх укорочень внутрішньої і зовнішньої труб (мал. 1.Б):

Л + -^21 +%22 + *31 + *32 + *33 j ^

де АрДз - укорочення внутрішньої і зовнішньої труб відповідно;

р{т) - тиск під клином, що утворився біля ребра, установленого на поверхні труб (мал. 1.В);

І/ - ширина підстави ребра;

ЕУ,Е2 і Еь - модулі пружності металу труб і бетону;

К}!, К2І, Кзі - коефіцієнти пропорційності.

МССП; Б - Розрахункова схема вузла закріплення палі з направляючої після прикладення навантаження; В - утворення стиснутих зон біля ребер під навантаженням (клиноподібних зон); ! - вертикальне ребро траверси; 2 - напрямна «спідничної» палі вузла; 3 - стійка опорного блоку; 4 - «спіднична» паля;

5 - дрібнозернистий бетон.

Мал. 2. Вплив відстані ребер на інтенсивність розподілу зусиль довжині з'єднання: 1 - відстань б див; 2 - відстань 10 див; 3 - відстань 16 див.

Врахувавши взаємозв'язок між р(г) і д(г):

Р»(г)=ї(г)-//^і; Р2{і)=ц{г)-1/Лл ,

де і Л52 - площі поверхонь ребер на трубах, що контактують із

клиноподібною зоною бетонного заповнення.

Приймають закон зміни сили, переданої від опорної стійки на вузол закріплення палі через траверсу, у виді

(3)

де

Р - зусилля в палі;

іі - ширина вертикального ребра;

г - поточна координата в напрямку довжини з'єднання; ґ - товщина вертикального ребра траверсі.

Одержано диференціальне рівняння другого порядку, окреме рішення якого дає формулу інтенсивності розподілу подовжніх сил по довжині вузла

F

п ■ г) - Е2 ■ Л2 - Я/і (п ■ Ь)

1 + о +

р2 - ш Л р2 - п2

5/;(л-І)-5Л(и-г) +

Лі +п-С/г(п ■ І) + п ■ ы ■ Сії (и• І) + р- 'Ю

уЕі-А1 Р2'ю .-Р/.

г г р -п

СІі(п- Ь)-(а-е

-рЛ

р*-и

. р-ш-и-57і(п-1) _р.г

Сіг (т - г) -----5---£----- ■ е р г

р2-«2

(4)

Вплив параметрів складових вузол елементів на інтенсивність розподіл подовжніх сил у з'єднанні розглянуто на мал. 2.

Аналіз побудованих кривих дозволяє зробити такий висновок: навантаження, розраховане з використанням формули (4), що приходиться на перше ребро направляючої вузла зростає в 1,1...1,4 рази в залежності від поперечного перерізу вертикального ребра траверси в порівнянні з результатами розрахунку зразків, навантажених осьовим навантаженням.

Далі пропонується ефективне рішення вузла закріплення палі, у якому ребра, що установлені на поверхнях труб у зоні контакту з бетонним заповненням утворюють кут ф з подовжньою віссю вузла

закріплення (мал. З.А). Розрахункова схема міжтрубного заповнення у вузлі прийнята відповідно до теорії Залесова О.С. для коротких залізобетонних балок на розколювання. Тріщина розвивається прямолінійно від одного ребра на направляючій до іншого на палі (мал. З.Б). Деформації міжтрубного заповнення у вузлі закріплення відбуваються в стиснутих умовах і величину сили, що викликає розколювання бетону, записано у„ вигляді

" [і-.' "

\у-кгкьг тс •/>!•/, тх + тг

у _

біп 7 + 2«« у

де Вь, - розрахунковий опір бетону міжтрубного заповнення осьовому розтяганню;

Г>! - зовнішній діаметр внутрішньої труби вузла;

Щ > тг ' узагальнені коефіцієнти,пц = 8, т2 = 2 ;

у - кут нахилу до горизонталі лінії, що з'єднує центри ребер на поверхнях труб;

к1 - коефіцієнт, що враховує ефект підвищення міцності міжтрубного заповнення в умовах обойми;

у=/(ф);

<р - кут нахилу подовжньої осі ребер до подовжньої осі вузла.

Силу, що може сприйняти ребро з умови зминання міжтрубного заповнення, записано у вигляді .

Т/ос = ^1 ■ ^2 ■ ^3 ■ К-Ь ' V '71 ■ (6)

де Кь - розрахунковий опір бетону міжтрубного заповнення осьовому стиску;

к2 - коефіцієнт, що враховує підвищення розрахункового опору бетону осьовому стиску при зминанні;

А'з - коефіцієнт, що враховує зміну площі контакту в залежності від кута в підставі клиноподібної зони.

Прирівнявши (5) і (6), і перетворивши вираження з урахуванням кута в підставі клиноподібної зони в 30°, одержано граничну величину відстані суміжних ребер

Таким чином, вид руйнування міжтрубного бетонного заповнення вузла залежить від кроку суміжних ребер на поверхнях труб, що контактують з бетонним заповненням.

Розділ 3 присвячений експериментальним дослідженням ефективних вузлів закріплення при передачі навантаження на вузол через вертикальне ребро траверси. Випробувано 28 вузлів масштабу 1:3 з різними характеристиками міжтрубного заповнення і різним розміщенням виступаючих на поверхнях труб у зоні контакту з заповненням ребер. Руйнування бетонного заповнення вузлів контролювалося глибинними датчиками. Після випробування окремі зразки розрізалися, і візуально досліджувався характер руйнування бетонного заповнення. За результатами випробувань побудовані графіки розподілу подовжніх і поперечних напружень у трубах вузлів, а також зсуви ненавантажених торців падь вузлів (мал. 4).

Результати досліджень дозволяють зробити такі висновки:

- при передачі навантаження на напрямну з'єднання (зовнішню трубу) через траверсу (вертикальне ребро) несуча здатність вузлів з ребрами була вища в 2,5...З рази, чим у гладкоствольних вузлів при рівних, міцнісних характеристиках бетонного заповнення.

- руйнування зразків вузлів на бетонному заповненню відбувалося у двох формах: - від розколювання стиснутих зон бетонного заповнення, ідо утворюються між суміжними ребрами на зовнішній і внутрішній трубах; - від зминання бетонного заповнення під ребрами. Реалізація тієї чи іншої форми руйнування залежить від взаєморозміщення ребер.

- установка ребер на поверхнях труб, коли подовжня вісь ребра утворювала кут з подовжньою осію з'єднання, привела до підвищення несучої здатності вузлів закріплення в 1,2...1,3 рази в порівнянні з вузлами з кільцевими ребрами при тій же матеріалоємності.

У розділі 4 автором розроблена комп'ютерна модель вузла закріплення палі з використанням МКЕ . Як кінцевий елемент для рішення задачі по визначенню напружено-деформованого стану вузла використаний елемент оболонки. Основа труб - прямокутний кінцевий елемент оболонки з висотою рівною відстані ребер на поверхнях труб у зоні контакту з бетонним заповненням.

І " ґ ф і

' ! ✓

V

Мал. 3. Л - вузол закріплення паль з ребрами на поверхіїях труб, установленими під кутом до подовжньої осі з'єднання; Б - розрахункова схема бетонного заповнення на розколюваннявідповідно до теорії Залесова О.С.; 1 - опорна стійка МССІ1;

2 - направляючі “спідничних” паль; 3-“сиідішчна” паля ; 4 - бетонне заповнення;

5 - ребра на поверхнях труб у зоні контакту з бетонним заповненням.

Мал. 4. Графіки зсуву незавантажених торців внутрішніх труб зразків:

■ 1- СП 5; 2 - СР І; 3 - ПС 1; 4 • СП 2.1; 5 - СП 3.2;

6-СП 4.1.

Бетонне заповнення виконане у двох варіантах: - перший варіант виконаний у виді вертикального прямокутного елемента оболонки з висотою, що рівна відстані ребер, установлених на поверхнях труб, і з товщиною, що рівна 1/12 довжини серединою кола бетонного заповнення; - другий варіант виконаний із трикутних елементів оболонок, що утворюють усічений конус. Заповнення контактує з трубами тільки через ребра.

У результаті отриманий розподіл напружень в елементах моделі вузла закріплення палі, де добре видно зону подовжніх стискаючих напружень, що виникають у бетонному заповненні в діагональному напрямку від верхнього ребра на зовнішній трубі до нижнього ребра на внутрішній трубі. В елементах міжтрубного бетонного заповнення, що контактують з ребрами, установленими на трубах, проглядається утворення клиноподібної зони стиску заповнення. По другій діагоналі, що з'єднує інші ребра, які установлені на трубах, видно утворення напружень, що розтягують, які сприяють руйнуванню бетонного заповнення від розколювання на стиснутій діагоналі.

У розділі 5 виконано розрахунок і аг„ для зовнішньої і

внутрішньої труб з параметрами елементів вузла серії СП 3 з розділу 3 з використанням формул другого розділу, побудована комп'ютерна модель, і виконане зіставлення отриманих значень з експериментальними даними, для цього побудовані графіки розподілу напружень по довжині вузла. Порівняння проводилося для вузла, у якому зчеплення міжтрубного заповнення з поверхнями труб було знижене. Розбіжності в результатах на окремих ділянках по довжині вузла складають 12...20%.

Гранична відстань суміжних виступаючих ребер, установлених на поверхнях труб вузла, визначена за формулою (7) для вузлів серій СП 2 і СП 3 склала Іх -108... 112 .ші. Усі вузли цієї серії мали руйнування бетонного заповнення в результаті розколювання по лінії, що з'єднує суміжні ребра внутрішньої і зовнішньої труб, тому що фактичне /, =110...! 14 лш.

У вузлах серії СП 3 відбувалося зминання бетону на границі клиноподібної зони в ребер, тому що фактичне Іх = 128...132 мм, і в результаті цього відбувалося зближення суміжних ребер. При досягненні відстані між ребрами значень 114... 118мм у міжтрубиом заповненні утворювалися тріщини відповідно до першої схеми руйнування.

У вузлах серії СП 4, виступаючі ребра яких установлені на поверхнях труб під кутом ср у зоні контакту з бетонним заповненням, руйнування бетонного заповнення відбувалося в результаті зминання в місці контакту з виступаючими ребрами. Це підкреслює доцільність установки ребер під кутом до подовжньої осі вузла.

Проектування вузла закріплення палі починають з визначення розмірів трубчастих елементів вузла. Внутрішній діаметр направляючої приймається на 200...300мм більше діаметра палі

У першому наближенні відстань між суміжними ребрами /, визначають по формулі (7), задаючись попередньо фізико-механічними характеристиками бетонного заповнення, і прийнявши кут у »55°... 65°. За обчисленим значенням 11 визначаємо кут у і порівнюємо його з заданим. Дану процедуру розрахунків виконують доти, доки заданий і розрахований кути у не стануть приблизно рівні.

Спочатку необхідну кількість ребер по довжині вузла визначаємо з умови сприйняття кожним ребром однакової частки навантаження. Граничне значення цієї частки навантаження знаходимо з розрахунку міцності бетонного заповнення на зминання під ребром за формулою (6) з урахуванням кута нахилу ребер ср, приймаючи значення<р в інтервалі ЗО...45°. Кількість ребер визначаємо відношенням повного навантаження на вузол до несучої здатності бетонного заповнення на зминання під одним ребром.

Загальна довжина вузла приймається з урахуванням кількості і відстані виступаючих ребер на одному з елементів вузла закріплення, при цьому визначається інтенсивність розподілу подовжніх сил по довжині вузла закріплення по формулі (4). Після чого провадиться перерахунок навантаження на ребра й уточнюється довжина вузла.

При проектуванні довгих вузлів закріплення відповідно до результатів теоретичних і експериментальних досліджень рекомендується біля торців з'єднання ребра встановлювати під кутом ср = 35...45° до подовжньої осі вузла, поступово змінюючи кут до 60° до середини з'єднання, що дозволяє більш рівномірно перерозподіляти зусилля по довжині з'єднання.

Рекомендації з проектування вузлів закріплення паль використані в проекті МССП для умов Каспійського моря, виконаному фірмою

«АїїСиИнжипиринг». Розрахований економічний ефект від застосування нової конструктивної форми вузла закріплення паль склав 214,9 тисяч гривень.

ВИСНОВКИ

У результаті проведених у роботі теоретичних і експериментальних досліджень можуть бути зроблені такі висновки:

1. Розроблено нову конструктивну форму вузла закріплення паль опорного блоку МССП за допомогою бетонного сполучного елемента, яку визнано винаходом і на неї видано а.с. СРСР 1758157. Установлено, що вузол даної конструктивної форми має міцність на 30% вище чим, вузли закріплення паль, що застосовуються в даний час . При цьому істотно знижується вплив технологічних дефектів виготовлення, що приводить до підвищення екологічної безпеки морської акваторії при експлуатації МССП.

2. Теоретично визначено розподіл подовжніх зусиль в елементах вузла закріплення паль при навантаженні на вузол через траверсу, що дозволило розробити методику розрахунку, засновану на дійсній роботі вузлів закріплення паль. Існуючі методики розрахунку вузлів закріплення паль не враховують розміщення ребер, що контактують з бетонним заповненням, і способу передачі навантаження на вузол і внаслідок цього вузли запроектовані відповідно до їх рекомендацій більш матеріалоємними. Розроблено комп’ютерну модель вузлів закріплення паль, що дозволила одержати просторовий розподіл напружень в елементах вузлів закріплення паль і підтвердила положення методики розрахунку.

3. Експериментально підтверджені теоретично обґрунтовані форми руйнування вузлів закріплення паль. У процесі досліджень руйнування з'єднань розроблений і застосований повий спосіб визначення внутрішнього руйнування бетонного заповнення вузлів, захищений а.с. СРСР 1377728. Результати проведених досліджень показують, що облік способу розміщення виступаючих ребер на поверхнях труб, дозволяє підвищити несучу здатність вузлів закріплення паль і знизити їх матеріалоємність

4. Вірогідність розроблених у роботі положень підтверджується зіставленням результатів теоретичних, експериментальних досліджень і

результатів розрахунку комп'ютерної моделі вузлів закріплення паль, що показало близький збіг від 12 до 20%. Порівняння результатів власних досліджень з дослідженнями інших авторів, проведених для центрально-навантажених зразків, показало збіг від 15 до 25 %.

5. Розроблено рекомендації з проектування вузлів закріплення паль МССП, що враховують геометричні і фізико-механічні характеристики всіх складових елементів вузла, спосіб передачі навантаження на вузли. Рекомендації з проектування вузлів закріплення паль використані в проекті МССП для умов Каспійського моря, виконаному фірмою «АйСнИнжинирині», дочірньою компанією ЗАТ «Чорноморнафтагазпромбуд». Розрахований економічний ефект від застосування нової конструктивної форми вузла закріплення паль склав 214,9 тисяч гривень.

6. Отримані наукові результати відкривають перспективу уточнення розрахунків, зв'язаних з урахуванням способу передачі навантаження на вузли закріплення МССП (кріплення за допомогою решіток або рамний вузол з'єднання елементів пальового ростверку з направляючими вузлів закріплення).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ажермачев Г.А., Митрофанов В.А., Синцов В.П. Влияние

внешних факторов на динамические характеристики двухопорных

морских платформ // Строительные конструкции и материалы. -

Симферополь: Таврия. - 1997. - С.191-195.

2. Синцов В.П. Особенности работы трубчатых узлов

закрепления морских стационарных платформ // Строительные конструкции и техногенная безопасность. - Симферополь: Таврия. - 1999.

- С.86-89.

3. Синцов В.П. Особенности расчета соединений «свая-

направляющая» морских стальных стационарных платформ при дискретной передаче нагрузки на соединение // Вісник ДДАБА. - Віп. 99-6(20).Том 2.Донецк: ДДАБА - 1999. - С.67-72.

4. Синцов В.П. Повышение экологической безопасности при эксплуатации морских стальных стационарных платформ II Строительные

конструкции и техногенная безопасность. - Симферополь: Таврия. -1999. - С. 8493.

5. Ажермачев Г.А., Синцов В.П. Работа узлов закрепления «юбочных» свай при неосевой передаче нагрузки П Тезисы докладов научно-техн. конф. «Морские сооружения континентального шельфа». -Севастополь: СФ РДЭНТП общества «Знание» УССР, Мшшефтсгазпром СССР. - 1989. - С.59.

6. Синцов В.П., Ажермачев Г.А. Работа узлов соединений патрубков опорных блоков МСП со сваями при неосевом нагружении // Тезисы докладов научно-техн. конф. «Совершенствование расчета и конструирования фундаментов». - Севастополь: КИПКС, СФ РДЭНТП общества «Знание» УССР. - 1990. - С.97.

7. Синцов В.П., Ажермачев Г.А., Особенности работы соединений придонных конструкций МСП со свайными ростверками // Тезисы докладов второй научно-техн. конф. «Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций и машин». - Симферополь: СФ РДЭНТП общества «Знание» УССР, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, институт проблем механики АН СССР. - 1991. - С.81.

8. Митрофанов В.А., Синцов В.П. Влияние схемы нагружения на несущую способность узлов закрепления морских платформ // Тезисы докладов научно-техн. конф. «Формирование окружающей среды на урбанизированных территориях Крыма». - Том.З. - Симферополь: КИПКС, КАН. - 1996. - С.56-57.

9. Синцов В.П., Митрофанов В.А. К расчету узлов придонных конструкций морских стальных платформ // Тезисы докладов научно-техн. конф. - Симферополь: МОУ КИП КС. - 1998. - С.90.

10. Демонтируемое основание под морские буровые A.c. 1418410, МКИ

Е 02 В 17/00. / Митрофанов В.А., Ажермачев Г.А., Булавинцев Ю.Е., Синцов В.П., БерникерЯ.С. (СССР) - №4126715 / 29-15; Заявлено 03.07.86; Опубл. 23.08.88; Бюл. №31. - 35с. ,

11. Основания под морскую буровую платформу A.c. 1427035. МКИ Е 02 В 17/02. / Синцов В.П., Ажермачев Г.А., Митрофанов В.А., Булавинцев Ю.Е. (СССР) - №4120276/29-15; Заявлено 03.07.86; Опубл. 30.09.88; Бюл.№36. - 24с.

12. Опорная конструкция морской платформы A.c. 1758157, СССР, МКИ Е 02 В 17/02, / Синцов В.П., Митрофанов В.А., Ажермачев Г.А. (СССР). -№4897699 / 15; Заявлено 29.12.90; Опубл. 30.08.92; Бюл.№32. - 45с.

, АНОТАЦІЯ

Сінцов В.ГІ. Робота вузлів закріплення паль морських сталевих стаціонарних платформ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. -Кримська академія природоохоронного та курортного будівництва Міністерства освіти і науки України, Сімферополь, 2000.

Дисертація присвячена питанням проектування вузлів закріплення морських сталевих стаціонарних платформ (МССП). У роботі запропоноване нове ефективне рішення вузла, що дозволяє скоротити довжину вузла з одночасним підвищенням його несучої здатності. Розроблено методику, що дозволяє при проектуванні вузла закріплення палі врахувати вплив способу передачі навантаження на вузол, геометричні і фізико-механічні характеристики складових вузол елементів. Запропоновано розрахункову модель вузла, розроблену на основі МКЕ, що дозволяє одержати просторовий розподіл напруги в елементах вузла.

Результати роботи впроваджені в проект МССП для умов Каспійського моря.

Ключові слова: морські сталеві стаціонарні платформи, опорні блоки, палі, вузли закріплення паль, бетонне заповнення.

АННОТАЦИЯ

Синцов В.П. Работа узлов закрепления свай морских стальных стационарных платформ. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Крымская академия природоохранного и курортного строительства Министерства образования и науки Украины, Симферополь, 2000.

Диссертация посвящена вопросу закрепления морских стальных платформ на свайном основании для добычи углеводородов с морских месторождений на Азово-Черноморском шельфе, что особенно актуально для Украины в связи с острой нехваткой энергоносителей. Отказ данных узлов ведет к прекращению буровых и эксплуатационных работ, что влечет за собой огромные

экономические потери. Вопрос повышения несущей способности узлов закрепления свай за счет создания новой конструктивной формы является актуальным при строительстве МССП.

Проанализированы основные этапы развития и научные достижения в области проектирования и эксплуатации морских платформ со свайным закреплением к морскому дну (с узлами соединения сваи с опорным блоком). На основе библиографических исследований была сформулирована рабочая гипотеза, которая состоит в том, что учет способа расположения выступающих ребер на поверхностях труб, которые контактируют с бетонным заполнением, может привести к повышению несущей способности узлов закрепления свай.

Рассмотрено деформирование узла закрепления при передаче на него нагрузки от стойки опорного блока через вертикальное ребро траверсы. Для решения задачи применен метод Биргера И.А.. Частное решение дифференциального уравнения совместности деформаций дает формулу интенсивности распределения продольных сил по длине соединения с учетом геометрических и деформационных параметров вертикального ребра траверсы и элементов соединения.

Далее предлагается эффективное решение узлов закрепления свай, в котором ребра, установленные на поверхностях труб в зоне контакта с бетонным заполнением образуют угол ср с продольной осыо узла. Расчетная схема бетонного заполнения в узле принята в соответствии с теорией Залесова A.C.. Получена величина пограничного шага смежных ребер I, которая указывает на наиболее вероятный характер разрушения бетонного заполнения соединения. При величине / больше пограничной -разрушение узла соединения «направляющая-свая» будет происходить вследствие смятия бетонного заполнения под ребрами на поверхностях труб в зоне контакта с заполнением.

Проведены экспериментальные исследования эффективных узлов закрепления при передаче нагрузки на узел через вертикальное ребро траверсы. Испытано 28 узлов масштаба 1:3 с различными характеристиками межтрубного заполнения и различной расстановкой выступающих на поверхностях труб в зоне контакта с заполнением ребер. Исследования подтвердили предположение, что разрушение соединения по бетонному заполнению происходит по двум формам: - от

раскалывания сжатых зон бетонного заполнения, образующихся между смежными ребрами на наружной и внутренней трубах; - от смятия

бетонного заполнения под ребрами. Реализация той или иной формы зависит от взаиморасположения ребер. Установка ребер на поверхностях труб, когда продольная ось ребра образовывает угол с продольной осью соединения, приводит к повышению несущей способности узла соединения в 1,2... 1,3 раза по сравнению с узлами с кольцевыми ребрами.

Разработана компьютерная модель узла закрепления сваи с использованием МКЭ, которая, позволяет получить пространственное распределение напряжений в элементах узла.

Произведено сопоставление теоретических результатов и результатов расчета компьютерной модели с экспериментальными данными. Разработаны рекомендации по проектированию узлов закрепления свай МССП. Результаты работы внедрены в проект МССГ1 для условий Каспийского моря.

Результаты диссертации. Предложено новое конструктивное решение узла закрепления свай. Выявлены особенности работы узлов закрепления свай при передаче на них нагрузки через траверсу. Предложена методика расчета узлов закрепления свай, учитывающая геометрические и физико-механические характеристики составляющих узлы элементов, способ передачи нагрузки на узлы.

Ключевые слова: морские стальные стационарные платформы, опорные блоки, сваи, узлы закрепления свай, бетонное заполнение.

THE SUMMARY

Sinthov V.P. Work of units of fastening of piles of sea steels stationary platforms.

- Manuscript.

Thesis for candidate’s degree by specialty 05.23.01 - building constructions, buildings and structures. - Crimean Academy of Nature Protection and Resort Construction of Ministry of Education and Science of Ukraine, Simferopol, 2000.

The dissertation is devoted to questions of designing of units of fastening of sea steel stationaiy platforms (MSSP). In work the new effective decision of unit allowing reducing length of unit with simultaneous increase its carrying ability is offered. The technique allowing at designing of unit of fastening a pile to take into account influence of a way of transfer of loading on unit, geometrical and physical-mechanical characteristics of components unit of elements is developed. The settlement model of

unit developed on a basis MFE is offered which allows receiving spatial distribution of pressure in elements of unit.

The results of work are introduced into the project MSSP for conditions of the Caspian Sea.

Key words: offshore platforms, basic blocks, piles, units of fastening of piles, concrete filling.

Підписано до друку 25.09.2000. Формат 60x84 і/іб. Умов. друк. арк. 1,1. Тираж 100 екз. Замовлення 256

Видрукувано нарізографі КАПКБ

95034, м. Сімферополь, вул, Київська, 181