Physical modelling of the push-over capacity of a jack-up structure on sand in a geotechnical centrifuge

摘要

Offshore jack-up drilling rigs are subjected to loading from wind, waves, and current in addition to their self-weight. This applies combined loading in all six degrees-of-freedom in space on the footings. Although the foundation-soil interaction is crucial to the overall response of a jack-up structure, current state-of-the-art models to predict jack-up footing behaviour, developed using data from single footing experiments, have not been validated for such multi-footing systems under general combined loading. This paper introduces the experimental development of a three-legged model jack-up and loading apparatus designed to investigate the rig's response — in particular the footing load paths — under combined loading in three dimensions. Push-over experiments were performed in a geotechnical beam centrifuge on silica sand. Experimental results of two tests on dense sand are discussed, highlighting differences in response and mode of failure depending on the loading direction of the jack-up. The importance of three-dimensional modelling is also stressed by experimentally demonstrating that the symmetric load case is not necessarily conservative.Les plates-formes de forages en mer subissent des charges provenant du vent, des vagues et des courants en plus de leur masse. Ceci implique des charges combinées dans les six degrés de liberté dans l'espace sur les semelles. Malgré que les interactions fondations-sol soient cruciales dans l'établissement de la réponse de la plate-forme, les modèles intégrant les connaissances actuelles pour la prédiction du comportement des semelles des plates-formes, qui ont été développés à partir de données provenant d'essais à une semelle, n'ont pas été validés pour des systèmes avec semelles multiples soumis à des charges combinées. Ce papier présente le développement expérimental d'un modèle de plate-forme à trois pattes et d'un appareil de chargement conçu pour investiguer la réponse de la plate-forme - plus particulièrement le cheminement de charge de la semelle- soumis à un chargement combiné en trois dimensions. Des expériences en déplacement latéraux ont été effectuées dans une centrifuge géotechnique sur du sable de silice. Les résultats expérimentaux des deux essais sur du sable dense sont discutés, démontrant les différences de réponses et de mode de rupture dépendamment de la direction de la charge sur la plate-forme. L'importance de la modélisation en trois dimensions est valorisée en démontrant expérimentalement que le scénario de charge symétrique n'est pas nécessairement conservateur.