Calculation in parts of a finite element (3D) model of the structure of a stationary offshore platform as a mechanical system “Superstructure ‒ Pile foundation – Soil base”
Authors: Сутырин В.И. , Кужахметова Э.Р. 
Published: September 2024

Статья посвящена расчету конструкции стационарной морской платформы как большой механической системы «сооружение ‒ свайный фундамент ‒ грунтовое основание». Система разрешающих уравнений, составленная для исходной (полной) конечно-элементной модели конструкции имеет большой порядок. По этой причине авторами применен в расчете метод структуризации. Структуризация (разделение и анализ конструкции по частям) предусматривает разделение большой механической системы на две части: 1) надземную; 2) подземную. Подсистема уравнений второй части редуцируется. В результате ее жесткости и нагрузки приводятся к суперузлам оголовков свай. Формируется внешний суперэлемент подсистемы «свайный фундамент ‒ грунтовое основание». Обобщенные жесткости и нагрузки указанного суперэлемента характеризуют дискретное упругое основание для надземной части конструкции в точках опирания колонн на оголовки свай. Необходимое обобщение жесткости и нагрузки сваи достигается применением веерных систем, сформированных из жестких конечных элементов типа «Rigid». При значительном расстоянии между сваями взаимодействие суперузлов ослабевает. Появляется возможность вводить в расчет независимые опорные узлы с шестью степенями свободы «Matrix». Редуцирование протяженной подсистемы «свая ‒ грунтовое основание» выполняется с применением фронтально-вихревой расчетной схемы. Она позволяет учесть реологию грунта. Кроме этого, размерность рабочей матрицы коэффициентов ограничена. Она не зависит от длины сваи. Расчет выполняется в основной памяти компьютера и становится быстротечным. Построение суперэлемента существенно сокращает порядок исходной системы разрешающих уравнений. Однако целостность и точность расчетного анализа сохраняются.

The paper deals with the calculation of a stationary offshore platform structure as a large mechanical system " Superstructure ‒ Pile foundation – Soil base ". The system of equations created for the initial (full) finite element model of the structure has a large order. Therefore, the authors applied the method of structurization in the calculation. Structurization (division and analysis of the structure into parts) involves dividing a large mechanical system into two parts: 1) Superstructure; 2) Substructure. The subsystem of equations of the second part is reduced. As a result, its stiffnesses and loads are transferred to the pile head SuperElements. The external SuperElement of the "Pile foundation – Soil base " subsystem is created. The reduction of the extended subsystem Pile foundation – Soil base is performed using a frontal-vortex calculation scheme. It allows taking into account the rheology of the soil base. In addition, the dimensionality of the working matrix of coefficients is limited. It does not depend on the length of the pile. The calculation is performed in the main memory of the computer and becomes fast. The construction of the SuperElement significantly reduces the order of the original system of solving equations. However, the integrity and accuracy of the computational analysis are preserved.