吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法技术

本发明专利技术公开了一种吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法。通过测量板锚安装和工作状态下船体的运动位移和速度，实时计算出海床内部板锚的运动，包括板锚的位移和转角。根据板锚的初始埋入深度，判断板锚所在深度和角度的土体承载力，根据承载力实现动态评估板锚的安全。本发明专利技术测量方法简单，仅需测量船体运动，预测过程同时考虑了船体、锚链、锚体和土体的影响，且能提供实时预测，便于海洋工程现场及时采取相应安全措施，确保平台和人员的安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海洋工程应用领域，涉及一种吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，适用于吸力式贯入板锚，也可用于拖曳锚等其他板锚的锚泊系统分析。
技术介绍
为了应对海洋工程，尤其是深海锚泊系统的需要，近年来，一种新型的深海锚泊基础型式—吸力式贯入板锚(Suction Embedded Plate Anchor,SEPLA)被提出。其兼具具有吸力锚和板锚的优点。目前，由于吸力式贯入板锚的特殊性，其安装后和工作中，板锚的位置预测非常困难。因为涉及到水面的船体运动，锚链的荷载传递，板锚的运动和海床土体的影响。目前的研究大多局限于不考虑水中的锚链和水面的船体对板锚的位置进行分析，预测结果对工程的指导意义非常有限。目前，还没有一种实时动态的有效方法，对深海中的板锚安全性进行评估和预警。尤其是在风浪条件比较恶劣的环境中，锚泊系统失效频发，由于不能及时预警，造成了大量减少人员和财产的损失。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，为此，本专利技术提供以下技术方案：吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，包括以下步骤：步骤一：确定锚泊系统的初始形态：将锚链分为土中段，土上段和水中段三个部分，分别按照不同的锚链的受力特性，根据静力计算得到锚链的初始形态；步骤二：确定板锚安装后的位置和角度：根据顶部船体的运动，将运动传递至锚链，然后逐渐传递至土中的板锚，带动板锚运动，板锚运动通过荷载包络面与当前荷载关系控制，建立板锚安装过程运动路径计算的模型，得到板锚安装稳定后的角度和埋深参数；步骤三：实时监测板锚的运动：监测工作状态下海洋平台的运动，得到平台的时域位移图谱,所述时域位移图谱即为平台运动的轨迹路线，时域位移通过步骤二的计算模型锚链传递给土中的板锚，带动板锚运动，实时计算板锚的位置和运动速度，得到板锚的运动路径，从而计算得到板锚所处深度和位置的土体承载力，实时跟新当前板锚的安全系数，如果安全系数低于设计值，则发出预警。在采用上述技术方案的基础上，本专利技术还可采用以下进一步的技术方案：锚链的土中段的初始形态建立如下：迭代计算出锚链的初始形态，建立土中段锚链的局部坐标系x-y每一段锚链的倾角计算为： θ = a t a n ( T y T x ) ]]>其中Tx和Ty是锚链拉力的水平和竖向分量：T(i+1)x＝Tix+Fsoil_x+Qsoil_xT(i+1)y＝Tiy+Fsoil_y+Qsoil_y；锚链的水面到土中初始形态建立如下：包括土中段及土上段，其中土中段的锚链采用土中段的初始形态的计算结果，土上段的锚链直接简化为水平段，二水中的锚链，采用悬链线方程计算得到。步骤二中，通过包络面判断土体传递给板锚的荷载(O’Neill,M.P.,Bransby,M.F.,Randolph,M.F.,2003.Drag anchor fluke soil interaction in clays.Canadian Geotechnical Journal 40.1(2003):78-94)): f = ( F n F n m a x ) q + [ ( M M m a x ) + ( F s F s m a x ) n ] 1 p - 1 = 0 ]]>其中Fnmax和Fsmax是法向和切向单位宽度的极限荷载，Mmax是围绕板锚中心的极限弯矩: F n m a x = Ls u [ 3 π + 2 + 2 t L ( α + 1 + α 2 ) ] ; ]]> F s m a x ≈ Ls u ( 2 α + 15 t L ) ; ]]> M m a x = π 2 L 2 s u [ 1 + ( t L 本文档来自技高网...

【技术保护点】
吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定锚泊系统的初始形态：将锚链分为土中段，土上段和水中段三个部分，分别按照不同的锚链的受力特性，根据静力计算得到锚链的初始形态；步骤二：确定板锚安装后的位置和角度：根据顶部船体的运动，将运动传递至锚链，然后逐渐传递至土中的板锚，带动板锚运动，板锚运动通过荷载包络面与当前荷载关系控制，建立板锚安装过程运动路径计算的模型，得到板锚安装稳定后的角度和埋深参数；步骤三：实时监测板锚的运动：监测工作状态下海洋平台的运动，得到平台的时域位移图谱，时域位移通过步骤二的计算模型锚链传递给土中的板锚，带动板锚运动，实时计算板锚的位置和运动速度，得到板锚的运动路径，从而计算得到板锚所处深度和位置的土体承载力，实时跟新当前板锚的安全系数，如果安全系数低于设计值，则发出预警。

【技术特征摘要】
1.吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定锚泊系统的初始形态：将锚链分为土中段，土上段和水中段三个部分，分别按照不同的锚链的受力特性，根据静力计算得到锚链的初始形态；步骤二：确定板锚安装后的位置和角度：根据顶部船体的运动，将运动传递至锚链，然后逐渐传递至土中的板锚，带动板锚运动，板锚运动通过荷载包络面与当前荷载关系控制，建立板锚安装过程运动路径计算的模型，得到板锚安装稳定后的角度和埋深参数；步骤三：实时监测板锚的运动：监测工作状态下海洋平台的运动，得到平台的时域位移图谱，时域位移通过步骤二的计算模型锚链传递给土中的板锚，带动板锚运动，实时计算板锚的位置和运动速度，得到板锚的运动路径，从而计算得到板锚所处深度和位置的土体承载力，实时跟新当前板锚的安全系数，如果安全系数低于设计值，则发出预警。2.如权利要求1所述的吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，其特征在于，锚链的土中段的初始形态建立如下：迭代计算出锚链的初始形态，建立土中段锚链的局部坐标系x-y每一段锚链的倾角计算为： θ = a t a n ( T y T x ) ]]>其中Tx和Ty是锚链拉力的水平和竖向分量：T(i+1)x＝Tix+Fsoil_x+Qsoil_xT(i+1)y＝Tiy+Fsoil_y+Qsoil_y；锚链的水面到土中初始形态建立如下：包括土中段及土上段，其中土中段的锚链采用土中段的初始形态的计算结果，土上段的锚链直接简化为水平段；锚链的土中段初始形态建立如下：水中段的锚链，采用悬链线方程计算得到。3.如权利要求1所述的吸力式贯入板锚的安全评估及预警方法，其特征在于，步骤二中，通过包络面判断土体传递给板锚的荷载: f = ( F n F n m a x ) q + [ ( M M m a x ) + ...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33