Научная статья на тему 'Методика проектирования гравитационного железобетонного основания в ледовых условиях в программном комплексе ANSYS'

Методика проектирования гравитационного железобетонного основания в ледовых условиях в программном комплексе ANSYS Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
407
104
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АРКТИЧЕСКИЙ ШЕЛЬФ / МЕСТОРОЖДЕНИЕ / ПЛАТФОРМА / ЛЕДОВЫЕ УСЛОВИЯ / МОДЕЛИ / ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ / ПЕРЕМЕЩЕНИЯ / ARCTIC SHELF FIELD / PLATFORM / DEPOSIT / ICE CONDITIONS / MODEL / INTERNAL STRESS / DISPLACEMENT

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Аблицева Алена Игоревна, Коваленко Яна Михайловна, Уварова Татьяна Эриковна, Чернова Татьяна Игоревна, Шмыков Алексей Александрович

Рассматривается проблема проектирования морских нефтяных сооружений в суровых ледовых условиях Арктики. Предлагается авторская методика определения габаритных характеристик сооружения для добычи нефти и газа. Произведены расчеты ледовой нагрузки на моноопорные сооружения с вертикальной и наклонной передней гранью. В программе SolidWorks с помощью функции параметризации программы созданы модели сооружений диаметров 10-100 м, на глубинах 10-100 м. Данные модели были рассчитаны на максимальные внутренние напряжения и перемещения от ледовых воздействий в программном комплексе ANSYS. Разработанная методика позволяет определять величину ледовых нагрузок, подбирать необходимые параметры конструкции, выполнять расчет внутренних напряжений и максимальных перемещений для сооружений различного диаметра, в результате дает возможность оценить (по графикам зависимости максимальных внутренних напряжений от диаметра сооружения) оптимальность и целесообразность конструкции.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Аблицева Алена Игоревна, Коваленко Яна Михайловна, Уварова Татьяна Эриковна, Чернова Татьяна Игоревна, Шмыков Алексей Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The method of designing the concrete gravity base substructure in ice conditions by ANSYS

The paper is concerned with designing offshore oil structures in the severe ice conditions of Arctic. It presents the authors' method to determine the overall dimensions of the oil production structure. Calculation has been carried out of the ice load on single support structures with vertical and sloping faces. The SolidWorks programme with the help of the programme parameterisation has enabled to make models of structures with a diameter of 10-100 m for the depth of 10-100 m. Through the ANSYS programme, the models were designed for maximum internal stress and displacement caused by ice. The developed method enables one to determine the volume of ice loads, adjust the parameters of the structure, calculate the internal stresses and maximum displacements for the structures of various diameters, which, as a result, enables one to determine the optimality and feasibility of the construction.

Текст научной работы на тему «Методика проектирования гравитационного железобетонного основания в ледовых условиях в программном комплексе ANSYS»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Строительные материалы и изделия

УДК 626/627

А.И. Аблицева, Я.М. Коваленко, Т.Э. Уварова, Т.И. Чернова, А.А. Шмыков

АБЛИЦЕВА АЛЕНА ИГОРЕВНА, e-mail: [email protected], КОВАЛЕНКО ЯНА МИХАЙЛОВНА, e-mail: [email protected] - магистранты; УВАРОВА ТАТЬЯНА ЭРИКОВНА - доктор технических наук, профессор кафедры, e-mail: [email protected];

ЧЕРНОВА ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА, e-mail: [email protected],

ШМЫКОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, e-mail: [email protected] - аспиранты Кафедра гидротехники и теории зданий и сооружений Инженерной школы Дальневосточный федеральный университет Суханова ул., 8, Владивосток, 690950

Методика проектирования гравитационного железобетонного основания в ледовых условиях в программном комплексе ANSYS

Аннотация: Рассматривается проблема проектирования морских нефтяных сооружений в суровых ледовых условиях Арктики. Предлагается авторская методика определения габаритных характеристик сооружения для добычи нефти и газа. Произведены расчеты ледовой нагрузки на моноопорные сооружения с вертикальной и наклонной передней гранью. В программе SolidWorks с помощью функции параметризации программы созданы модели сооружений диаметров 10-100 м, на глубинах 10-100 м. Данные модели были рассчитаны на максимальные внутренние напряжения и перемещения от ледовых воздействий в программном комплексе ANSYS.

Разработанная методика позволяет определять величину ледовых нагрузок, подбирать необходимые параметры конструкции, выполнять расчет внутренних напряжений и максимальных перемещений для сооружений различного диаметра, в результате дает возможность оценить (по графикам зависимости максимальных внутренних напряжений от диаметра сооружения) оптимальность и целесообразность конструкции.

Ключевые слова: арктический шельф, месторождение, платформа, ледовые условия, модели, внутренние напряжения, перемещения.

Введение

Освоение месторождений нефти и газа на континентальном шельфе Арктики - важнейшая задача, определяющая развитие топливно-энергетического комплекса России и разрабатываемая в различных областях технических наук [1-5, 9]. В настоящее время реализацию проектов обустройства месторождений углеводородов Арктического шельфа осложняют следующие факторы:

- слаборазвитая инфраструктура арктических регионов;

- сложные климатические условия, необходимость эксплуатации инженерных объектов при низких температурах;

- проблема обледенения элементов конструкции сооружений в водной среде при минусовых температурах;

© Аблицева А.И., Коваленко Я.М., Уварова Т.Э., Чернова Т.И., Шмыков А.А., 2016 [96] www.dvfu.ru/vestnikis

- мощные горизонтальные нагрузки, вызванные присутствием дрейфующих ледяных образований различного типа на акватории;

- непростые грунтовые условия, обусловленные наличием слабых грунтов, подводных мно-голетнемерзлых пород, газогидратов;

- трудности транспортировки углеводородного сырья;

- высокие экологические риски вследствие роста потенциальных негативных последствий при разливах во время добычи и транспорта нефти и др.

Наличие этих факторов требует от инженеров совершенствования существующих и создания новых технологий и средств для обустройства морских месторождений.

Нефтегазовые проекты отличаются большой капиталоемкостью, высокой степенью неопределенности, поэтому относятся к проектам с большой степенью риска - но и с высокой доходностью в случае успеха. По этой причине такие проекты на предварительных стадиях проектирования должны быть хорошо обоснованы. Стоимость и рентабельность морских инженерных сооружений для добычи углеводородов в значительной степени зависят от характеристик естественных условий в районе разрабатываемого месторождения [6].

В условиях Арктического шельфа выбор типа сооружения в значительной степени зависит от глубины моря в районе эксплуатации средств обустройства морского месторождения, при этом большие горизонтальные нагрузки от ледяных полей, которые воздействуют на сооружения, в конечном счете определяют его габариты [5, 14, 15, 18].

Анализ реализованных технических решений [5, 6, 11] для обустройства морских месторождений с наличием ледового режима показал, что для мелководных зон (глубиной до 100 м) целесообразно применять надводный метод разработки месторождений [10]. При таком способе обустройства необходимо сооружать специальные нефтегазовые платформы, опорный блок которых составляет уникальное морское ледостойкое основание (МЛО). В данной работе рассматриваются два варианта реализации МЛО: моноопорное, с вертикальной гранью в зоне переменного уровня (ЗПУ), и монопод с наклонной гранью в ЗПУ [8].

Цель данной работы - создание параметризированных расчетных моделей моноподов с наклонной и вертикальной передней гранью, где габаритные размеры сооружений предварительно назначаются в зависимости от характеристик естественных условий (глубины воды, грунта основания и ледового режима акватории).

В дальнейшем расчетные параметризированные модели сооружений нами использовались для:

- создания оптимальных конструкций с использованием CAE-систем (Computer-aided engineering);

- исследования взаимодействия льда с сооружениями численными методами;

- создания информационной системы по выбору оптимальной схемы обустройства морского месторождения углеводородов.

В первую очередь нам необходимо решить следующие задачи:

• разработать методику создания геометрически параметризированных твердотельных моделей для расчета МЛО на основе опыта обустройства шельфа о-ва Сахалина;

• смоделировать ледовые воздействия на сооружения в программном комплексе ANSYS.

В данной работе мы сосредоточили основное внимание на расчете гравитационного одно-опорного железобетонного основания по разрабатываемой здесь методике создания геометрической параметризированной твердотельной модели морского гравитационного основания из бетона типа монопод, учитывающей характеристики естественных условий. Мы предположили, что в дальнейшем эту модель можно использовать (в том числе в CAE-системах) для исследования воздействия ледовых нагрузок на основания различной формы и для выбора оптимальных конструкций ледостойких оснований по требуемым естественным условиям и регламентирующим документам [7, 14, 17, 18].

Методика создания геометрически параметризированной

твердотельной модели

Основные допущения, принимаемые при создании модели

1. Естественные условия задаются средними значениями.

2. Ледовая нагрузка рассчитывается по методике СП 38.13330.2012 [17].

3. Диаметр сооружения изменяется с шагом 10 м в пределах от 10 до 100 м.

4. Глубины перед сооружением варьируют в пределах от 10 до 100 м.

5. Высота верхнего сооружения над уровнем моря принимается равной 10 м.

6. Нагрузка от веса верхнего строения в соответствии с практикой построения Сахалинских проектов принимается равной 250 МН.

7. Для упрощения принимаем, что в основании сооружения лежит скальный грунт с пределом прочности на одноосное сжатие Rс = 5 МПа (50 кгс/см ).

Расчет ледовой нагрузки на сооружение с вертикальной передней гранью

Расчет ледовой нагрузки производится в соответствие с СП 38.13330.2012 [17]. Максимальная сила от воздействия движущихся ледяных полей на сооружения с вертикальной передней гранью определяется по формуле

ЕЪ,р = ткьККсИ^ (1)

где т - коэффициент, учитывающий форму опоры в плане и принимаемый равным: для круглых и многогранных опор - 1,0; кь - коэффициент смятия, учитывающий пространственно-напряженную работу ледяного поля при его прорезании и принимаемый по СП 38.13330.2012 в зависимости от отношения Ь/Ъа и с учетом условий контакта ледяного поля с опорой; Яс - прочностная характеристика льда на сжатие.

В результате расчетов получаем график зависимости ледовой нагрузки от диаметра сооружения, который представлен на рис. 1.

500 400 300 200 100 0

Рл,МН

й,м

20 40 60 80 100 120

Рис. 1. График зависимости ледовой нагрузки от диаметра сооружения.

Расчет ледовой нагрузки на сооружения с наклонной передней гранью

Расчет ледовой нагрузки производится по формулам [17]:

а) горизонтальная составляющая нагрузки ^ р, МН:

^ = Ка^Л2 +10 "б Кр^а2 +10 ^ к^н, {а2 - ; (2)

б) вертикальная составляющая нагрузки ^ , МН:

= КЛр+10-6 КрК а - О2), (3)

где кА 1, кк2 и кА 3, кк 4, , ку 2- коэффициенты, принимаемые в соответствии со СНиП 2.06.04-82*;

0

р- плотность воды, кг/м3; g- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; й - диаметр конуса по ватерлинии, м; - верхний диаметр конуса, м;

Результаты расчета представлены на рис. 2. Р, МН

180,00

160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00

Горизонтальная нагрузка

Вертикальная нагрузка

df, м

20

40

60

80

100

120

Рис. 2. График зависимости ледовой нагрузки от диаметра сооружения.

Расчет собственного веса сооружения

Собственный вес сооружения определяется по формуле о = Уб ■ V, где уб - удельный вес бетона кН/м ;

3 „

V, м - объем сооружения, который определяем по формуле

V = жЯ12 Н -кЯ2 2 Н,

где Н, м - высота сооружения, изменяемый параметр расчета; Я1, м - внешний радиус сооружения;

Я2, м - внутренний радиус сооружения, определяемый по формуле

Я2 = Ц - 21,

(4)

(5)

(6)

где I, м - толщина стенок сооружения.

Точка приложения равнодействующей от собственного веса сооружения определяется по формуле

А=Д/2, (7)

где Д м - диаметр сооружения.

Назначение габаритных размеров

из условия устойчивости сооружения на опрокидывание

Для скальных оснований условие устойчивости имеет вид:

УсМ( <Мг У

Уп

(8)

где М и Мг - расчетные значения соответственно опрокидывающего и удерживающего моментов;

У1с - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый равным (при расчетах по предельным состояниям первой группы) для основного сочетания нагрузок и воздействий в период нормальной эксплуатации: у1с = 1;

0

ус - коэффициент условий работы, учитывающий тип сооружения, конструкции или основания, вид материала, приближенность расчетных схем, вид предельного состояния и другие факторы и устанавливаемый действующими нормативными документами на проектирование отдельных видов гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований, ус = 0,95 ;

уп - коэффициент надежности по ответственности сооружения, учитывающий капитальность и значимость последствий при наступлении тех или иных предельных состояний; при расчетах по предельным состояниям первой группы принимаются следующие значения для II класса сооружения: уп =1,2.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Нормативные значения моментов определяют по формулам:

М* = Б • ак

Мг = Q • ас

(9) (10)

где £ - равнодействующая горизонтальных сдвигающих сил; - плечо приложения горизонтальных сил;

Q - равнодействующая вертикальных; ад - плечо приложения вертикальных сил.

В случае, если условие на опрокидывание выполняется, сооружение считается устойчивым. Далее необходимо произвести расчет на несущую способность по грунту основания.

В случае, если условие на опрокидывание не выполняется, появляется необходимость в увеличении площади основания путем добавления дополнительного конструктивного элемента -опорной плиты (см. рис. 3, слева).

Рис. 3. Расчетная схема к определению габаритов основания подошвы.

Для определения габаритов элемента необходимо рассчитать требуемую ширину основания из условия опрокидывания:

Q • aQ = Б • а3. (11)

Равнодействующую вертикальных сил в данном случае составляет суммарный вес конструкции:

^ • Ад1 + в2 • Ад2 = РЪ р • АЬ р,

(12)

где G1 - вес 1-го элемента конструкции; Ag1 - плечо приложения веса 1-го элемента конструкции; G2 - вес 2-го элемента конструкции; Ag2 - плечо приложения веса 2-го элемента конструкции; FbpP - опрокидывающие усилие; Ab,p - плечо приложения опрокидывающего усилия. В то же время вес 2-го элемента конструкции можно выразить из формулы (4), с учетом опыта проектирования Сахалинских платформ:

Gz=V 4А322 • (kb(khHw - 3t) + 3t), (13)

где Ag2 - плечо 2-го элемента конструкции;

Y - удельный вес материала конструкции;

къ - коэффициент ширины, учитывающий запас материала в перегородках основания платформы, исходя из соотношения площади перегородок к общей площади основания платформы Аркутун-Даги (Сахалинский проект);

kh - коэффициент высоты, учитывающий запас материала в перегородках основания платформы, исходя из соотношения высоты сооружения к высоте подошвы основания платформы Ар-кутун-Даги;

Hw - глубина воды перед сооружением;

t - предварительно назначенная толщина перегородок конструкции. Составив систему уравнений:

(■г (G1 • Ад1 + G2 • Ад2) = Yic • Fb.v • Ab,p;

}Уп (14)

{ G2=y4A232^(kb(khH-3t) + 3t), выражаем плечо Ag2:

з I Ylc•Fb,p^b,p~GrAgl

Аа2 = Ivo"' "Г ГП ' (15)

3 J4 ^Y ikb(khH-3t)+3t) V '

Определив требуемое плечо из условия опрокидывания, получаем ширину подошвы основания, необходимую для устойчивости сооружения на опрокидывание.

Проверка назначенных размеров по допустимым напряжениям в грунте основания

Контактные напряжения необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструкции и сооружений, а также в расчетах оснований по несущей способности и деформациям. В случае плоской задачи нормальные краевые и касательные контактные напряжения под подошвой определяются по формуле

^max/ min ^ j-y ' (16)

где Q - вертикальная и горизонтальная составляющие равнодействующей силы, действующей на стенку;

A - площадь подошвы стенки;

M - момент силы относительно оси, проходящей через центр площади подошвы перпендикулярно плоскости чертежа;

W - момент сопротивления площади относительно той же оси.

Сравнение с прочностью грунта выполняется в соответствии с СНиП 2.02.02-85 Основания гидротехнических сооружений. Предел прочности скального грунта на одноосное сжатие Rc = 5 МПа (50 кгс/см2).

Таким образом, габариты сооружения определены. В результате появляются две основные расчетные модели сооружения.

Создание геометрически параметризированных твердотельных моделей для экспорта в CAE системы

Расчетные модели сооружений (рис. 4) создаются нами в программном комплексе SolidWorks и импортируются в CAE-системы, например в ANSYS, для получения напряженно-деформированного состояния модели сооружения от ледовых воздействий.

Рис. 4. Расчетные модели сооружений.

Для задания параметризированных размеров геометрической модели используются значения и функции для габаритных характеристик сооружения, описанные выше и выраженные в долях от назначаемого диаметра сооружения в зоне переменного уровня. Таким образом, при переназначении диаметра сооружения геометрически изменяется модель всей конструкции, которую в дальнейшем мы экспортируем в CAE-приложение.

Порядок действий при расчете конструкции в ANSYS

1. Из предложенных программой расчетных модулей выбираем «Static Structural».

2. Загружаем созданную нами модель, предварительно назначив необходимый нам диаметр сооружения, генерируем сетку, проверяем результат генерации сетки.

3. С помощью опции «Engineering Data» выбираем в библиотеке материалов требуемую марку бетона «Concrete».

4. Открываем опцию «Model», в появившемся окне задаем нагрузки: от собственного веса и ледовые - как давление «Pressure» на необходимую грань. Далее выбираем расчеты, которые необходимо произвести программе: в нашем случае это расчет эквивалентных напряжений «Equivalent Stress» и максимальных перемещений «Total Deformation». Нажимаем кнопку «Solve» для выполнения расчета.

5. Закрываем опцию «Model», сохраняем проект, закрываем программу.

6. Пример расчета одного из состояний параметризированной модели приводим на рисунках 5, 6.

Рис. 5. Внутренние напряжения, возникающие в модели диаметром 20 м на глубине 70 м.

Рис. 6. Деформации, возникающие в модели диаметром 20 м на глубине 70 м.

О дальнейшем совершенствовании описанного подхода и использовании полученных моделей

Способ вариационного моделирования на данном этапе исследований был выбран потому, что в дальнейшем очевидна необходимость использования возможностей программах модулей оптимизации параметров, предназначенных для решения оптимизационных задач различными методами и анализа параметрических моделей, а также робастных технологий (Robust Design Optimization), которые предоставляются разработчиками CAE. Однако, по нашему представлению, даже в этой ситуации создание геометрически параметризированных твердотельных моделей в исследовательских целях актуально, так как в дальнейшем позволит сравнить результаты расчетов моделей на ледовую нагрузку в различных конкурирующих CAE-системах без необходимости создания новых моделей для расчета.

В данной работе мы отразили общий подход к созданию параметризированной модели: в случае, когда метод проектирования по объектам-аналогам не работает. Понятно, что наш подход будет совершенствоваться. Совершенствование методики планируется вести в рамках создания дополнительных проверок на плавучесть, остойчивость и так далее, с целью более надежного и обоснованного назначения предварительных размеров модели сооружения.

Кроме того, планируется оптимизировать с помощью робастных технологий модели сооружений на различные сочетания нагрузок в заданном диапазоне характеристик естественных условий и ограничений. В результате этого создаются условия для получения зависимости оптимальных характеристик сооружения типа монопод от характеристик естественных условий на месте эксплуатации сооружения.

Безусловно, на следующем этапе требуется проведение исследований по уточнению ледовых нагрузок, так как разработка их моделирования в современных программных комплексах требует от разработчика знаний не только самого программного комплекса, но и процессов, происходящих на контакте лед-сооружение, а также проведение дополнительных лабораторных исследований по уточнению физико-механических характеристик самого льда, которые задаются в программе.

Выводы

В конечном итоге описанный подход по созданию параметризированных схем моделей оптимальных сооружений можно применить к другим типам МЛО (искусственный остров, понтон и др.), что позволит, используя заранее созданные модели сооружений, выбрать оптимальный тип МЛО для указанных естественных условий по критерию минимизации объема материальных затрат на их строительство. В результате появится возможность создания карты районирования технических возможностей обустройства Арктического шельфа России, что позволит перейти к созданию информационных систем по обоснованию проектов обустройства морских месторождений углеводородов.

Таким образом, разработанная методика создания параметризированных моделей позволит путем оценки напряженно-деформированного состояния сооружения подобрать оптимальные параметры конструкции МЛО для выбранных естественных условий при помощи CAE-систем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Астафьев В.Н., Калинин Э.Н. и др. Ледовые исследования на шельфе северного Сахалина / Сахалин-НИПИморнефть. М.: Научный мир, 1997. 198 с.

2. Атлас Антарктики. Т. 1. М.; Л.: Изд. ГУГК МГ СССР, 1966. 225 с.

3. Атлас океанов. Северный Ледовитый океан. М.: МО СССР ВМФ, 1980. 184 с.

4. Бакиров А.А., Бакиров Э.А., Габриэлянц Г.А., Керимов В.Ю., Мстиславская Л.П. Теоретические основы поисков и разведки нефти и газа. Кн. 1. Теоретические основы прогнозирования нефтегазоностности недр. М.: Недра, 2012. 412 с.

5. Беккер А.Т. Вероятностные характеристики ледовых нагрузок на сооружения континентального шельфа. Владивосток: Дальнаука, 2005. 344 с.

6. Бородавкин П.П. Морские нефтегазопромысловые сооружения. Ч. 1. М.: Недра, 2006. 554 с.

7. ВСН 41-88. Ведомственные строительные нормы (экспериментальные) проектирования ледостойких стационарных платформ. М., 1988. 56 с.

8. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. М.: МГУ, 1982. 192 с.

9. Золотухин А.Б. Основы разработки шельфовых нефтегазовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике. М.: Нефть и газ, 2000. 770 с.

10. Ким С.Д., Финогенов О.М, Уварова Т.Э. Определение ледовых нагрузок на сооружения континентального шельфа по нормам различных стран // Вести газовой науки: науч.-техн. сб. 2013. № 3. С. 97-103.

11. Лобанов В.А. Справочник по технике освоения шельфа. Л.: Судостроение, 1983. 288 с.

12. Муслимов Р.Х. Особенности разведки и разработки нефтяных месторождений в условиях рыночной экономики. Казань: Академия наук РТ, 2009. 727 с.

13. Носков Б.Д., Правдивцев Ю.П. Гидросооружения водных путей портов и континентального шельфа. Ч. 3. Сооружения континентального шельфа. М.: АСВ, 2004. 278 с.

14. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ // Российский морской регистр судоходства. СПб., 2014. [Электронный аналог печатного издания, утв. 17.02.14]. URL: http://www.rs-class.org/upload/iblock/503/2_020201_013.pdf (дата обращения: 10.09.2016).

15. Пронкин А.П., Хворостовский И.С., Хворостовский С.С., Пронкин А.А. Методы расчета морской буровой моноопоры // Геологическое изучение и использование недр: науч.-техн. информ. сб. Вып. 5 / ЗАО Геоинформмарк. М.: [б. и.], 2001.

16. Прошутинский А.Ю. Колебания уровня Северного Ледовитого океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 216 с.

17. Р.31.3.07-01. Указания по расчету нагрузок и воздействий от волн, судов и льда на морские гидротехнические сооружения. М., 2001. 28 с.

18. СП 38.13330.2012. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*; М., 2013. 32 с.

THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE

Building materials and products

Ablitseva A., Kovalenko Y., Uvarova T., Chernova T., Shmykov A.

ALENA ABLITSEVA, Undergraduate Student, e-mail: [email protected],

YANA KOVALENKO, Undergraduate Student, е-mail: [email protected], Bachelors;

TATIANA UVAROVA, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Hydraulic

Engineering and the Theory of Buildings, School of Engineering, e-mail: [email protected];

TATIANA CHERNOVA, Postgraduate Student, e-mail: [email protected],

ALEXEI SHMYKOV, Postgraduate Student, e-mail: [email protected]

Far Eastern Federal University

8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690950

The method of designing the concrete gravity base substructure in ice conditions by ANSYS

Abstract: The paper is concerned with designing offshore oil structures in the severe ice conditions of Arctic. It presents the authors' method to determine the overall dimensions of the oil production structure. Calculation has been carried out of the ice load on single support structures with vertical and sloping faces. The SolidWorks programme with the help of the programme parameterisation has enabled to make models of structures with a diameter of 10-100 m for the depth of 10-100 m. Through the ANSYS programme, the models were designed for maximum internal stress and displacement caused by ice. The developed method enables one to determine the volume of ice loads, adjust the parameters of the structure, calculate the internal stresses and maximum displacements for the structures of various diameters, which, as a result, enables one to determine the optimality and feasibility of the construction. Key words: Arctic shelf field, platform, deposit, ice conditions, model, internal stress, displacement.

REFERENCES

1. Astafjevs V.N., Kalinin E.N. et al. Ice shelf study on northern Sakhalin. SakhalinNIPImorneft. M., Scientific World, 1997, 198 p. (in Russ.). [Astafev V.N., Kalinin Je.N. i dr. Ledovye issledovanija na shel'fe severnogo Sa-halina / SahalinNIPImorneft'. M.: Nauchnyj mir, 1997. 198 s.].

2. Atlas of Antarktiki. V.1. M., L., Publishing House. GUGK SSSR.225 with MG. 1966, 225 p. (in Russ.). [Atlas Antarktiki. T. 1. M.; L.: Izd. GUGK MG SSSR, 1966. 225 s.].

3. The Atlas of the Oceans. Arctic okean. M., Univ. GUNiO USSR Ministry of Defense Navy, 1980, 184 p. (in Russ.). [Atlas okeanov. Severnyj Ledovityj okean. M.: MO SSSR VMF, 1980. 184 s.].

4. Bakirov A.A., Bakirov E.A., Gabrielyants G.A., Kerimov V.Y., Mstislavskaya L.P. Theoretical Foundations of prospecting and exploration of oil and gas; Book 1, Theoretical basis of forecasting neftegazonostnosti subsoil. M., Nedra, 2012, 412 p. (in Russ.). [Bakirov A.A., Bakirov Je.A., Gabrijeljanc G.A., Kerimov V.Ju., Mstislavskaja L.P. Teoreticheskie osnovy poiskov i razvedki nefti i gaza. Kn. 1. Teoreticheskie osnovy prognozirovanija neftegazonostnosti nedr. M.: Nedra, 2012. 412 s.].

5. Bekker A.T. Probability characteristics of ice loads on structures continental shelf. Vladivostok, Dal'nauka, 2005, 344 p. (in Russ.). [Bekker A.T. Verojatnostnye harakteristiki ledovyh nagruzok na sooruzhenija konti-nental'nogo shel'fa. Vladivostok: Dal'nauka, 2005. 344 s.].

6. Borodavkin P.P. Offshore oil and gas facilities. Pt. 1. M., Nedra, 2006. 554 p. (in Russ.). [Borodavkin P.P. Mor-skie neftegazopromyslovye sooruzhenija. Ch. 1. M.: Nedra, 2006. 554 s.].

7. BCH 41-88. Departmental building codes (experimental), Designing of ice-resistant stationary platform. M., 1988. 56 c. (in Russ.). [VSN 41-88. Vedomstvennye stroitel'nye normy (jeksperimental'nye) proektirovanija ledos-tojkih stacionarnyh platform. M., 1988. 56 c.].

8. Dobrovolsky A.D., Zalogin B.S. Seas of the USSR. M., Moscow State University, 1982, 192 p. (in Russ.). [Do-brovol'skij A.D., Zalogin B.S. Morja SSSR. M.: MGU, 1982. 192 s.].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Zolotukhin A.B. Fundamentals of offshore oil and gas fields and the construction of offshore structures in the Arctic. M., State Unitary Enterprise Publishing Oil & Gas Russian State University of Oil to them. Gubkin, 2000, 770 p. (in Russ.). [Zolotuhin A.B. Osnovy razrabotki shel'fovyh neftegazovyh mestorozhdenij i stroitel'stvo mor-skih sooruzhenij v Arktike. M.: Neft' i gaz, 2000. 770 s.].

10. Kim S.D., Finogenov O.M., Uvarova T.E. Article Definition of ice loads on structures of the continental shelf according to the norms of various countries. News Gas Science: Scientific and Technical. Sat. 2013;3:97-103. (in Russ.). [Kim S.D., Finogenov O.M, Uvarova T.Je. Opredelenie ledovyh nagruzok na sooruzhenija kontinental'nogo shel'fa po normam razlichnyh stran // Vesti gazovoj nauki: nauchno-tehn. sb. 2013. № 3. S. 97-103 c.].

11. Lobanov V.A. Reference technology development shelfa. L., Shipbuilding, 1983 (Technology of Ocean Development), 288 p. (in Russ.). [Lobanov V.A. Spravochnik po tehnike osvoenija shel'fa. L.: Sudostroenie, 1983. 288 s.].

12. Muslimov R.H. Features of the exploration and development of oil deposits in the market economy. Kazan: the Academy of Sciences, 2009, 727 p. (in Russ.). [Muslimov R.H. Osobennosti razvedki i razrabotki neftjanyh mestorozhdenij v uslovijah rynochnoj jekonomiki. Kazan': Akademija nauk RT, 2009. 727 s.].

13. Noskov B.D., Pravdivtsev Yu.P. Hydro waterway ports and the continental shelf. Part 3. Construction of the continental shelf. M., DIA, 2004, 278 p. (in Russ.). [Noskov B.D., Pravdivcev Ju.P. Gidrosooruzhenija vodnyh putej portov i kontinen-tal'nogo shel'fa. Ch. 3. Sooruzhenija kontinental'nogo shel'fa. M.: ASV, 2004. 278 s.].

14. Classification, Construction and Equipment of Mobile Offshore Drilling Units and fixed offshore platforms. St. Petersburg, Russian Maritime Register of Shipping, 2014. (in Russ.). [Pravila klassifikacii, postrojki i oborudovani-ja plavuchih burovyh ustanovok i morskih stacionarnyh platform // Rossijskij morskoj registr sudohodstva. SPb., 2014. [Jelektronnyj analog pechatnogo izdanija, utv. 17.02.14]. URL: http://www.rs-class.org/upload/iblock/503/2_020201_013.pdf (data obrashhenija: 10.09.2016)].

15. Pronkin A.P. Hvorostovsky I.S., Hvorostovsky S.S., Pronkin A.A. Methods of calculation of offshore drilling monoopory. Geological study and use of mineral resources: scientific-technical. Inf. Sat. JSC Geoinformmark. Vol. 5. M., 2001. (in Russ.). [Pronkin A.P., Hvorostovskij I.S., Hvorostovskij S.S., Pronkin A.A. Metody rascheta morskoj burovoj monoopory // Geologicheskoe izuchenie i ispol'zovanie nedr: nauch.-tehn. inform. sb. Vyp. 5 / ZAO Geoinformmark. M.: [b. i.], 2001].

16. Proshutinskaij A.J. Fluctuations in the Arctic Ocean. SPb., Gidrometeoizdat. 1993. 216 p. [Proshutinskij A.Ju. Kolebanija urovnja Severnogo Ledovitogo okeana. SPb.: Gidro-meteoizdat, 1993. 216 s.].

17. R.31.3.07-01. Guidelines for the calculation of loads and impacts on the will ships and marine ice on hydraulic structures. M., 2001, 28 p. (in Russ.). [R.31.3.07-01. Ukazanija po raschetu nagruzok i vozdejstvij ot voln, sudov i l'da na morskie gidrotehnicheskie sooruzhenija. M., 2001. 28 c.].

18. SP 38.13330.2012 Loads and impact on hydraulic structures (wave, ice and from ships) The updated edition of SNiP 2.06.04-82 *. M., 2013, 32 p. (in Russ.). [SP 38.13330.2012. Nagruzki i vozdejstvija na gidrotehnicheskie sooruzhenija (volnovye, ledovye i ot sudov). Aktualizirovannaja redakcija SNiP 2.06.04-82*; M., 2013. 32 c.].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.