流体——重力式锥状单腿平台结构——土相互作用体系的地震动力响应

本文用配点法对流体——重力式锥状单腿平台结构——土相互作用体系在地震作用下的动力响应问题进行了研究。采用频域分析法，将锥柱体Ｎ等分，利用运动方程和边界条件联立解方程组，继而求出平台结构顶端弹性位移和腿柱所受的动水压力、基础平移和基础转角的频响函数。分析不同锥角下体系的动力响应的影响，并分析研究了刚性地基和考虑土——结构相互作用时结构体系的动力响应情况，得到一些很有益的结果。     

地震与波浪联合作用下海洋平台动力特性分析

主要针对地震与波浪联合作用下空间导管架式海洋平台结构的动力响应特性进行研究。以春晓平台结构为例,利用ANSYS程序进行了动力响应的数值计算,分析中考虑了地震设防烈度、风浪条件及场地土类型等因素对结构响应的影响,并与地震单独作用下的结构响应进行了对比。分析结果表明,抗震设防烈度较低、中等及较大风浪条件下对海洋平台结构进行抗震分析时有必要考虑地震与波浪的联合作用。     

重力式单腿平台结构相互作用体系平、扭动力响应分析

本文主要对钢筋混凝土重力式单腿海洋平台结构相互作用体系在地震激励下进行了响应分析。按波动理论,建立土—结构—流体相互作用体系的非线性运动方程组。它包含了两类相互作用问题:土—结构相互作用;流体—结构相互作用。分析了在不同方向地震SH波输入下非对称结构及流体作用等影响对体系的地震响应,最后结合一个简单的例子给出了数值计算结果。     

独桩平台地震反应的TMD控制研究

采用调谐质量阻尼器（TMD）对独桩平台的地震反应进行控制，按不考虑和考虑桩－土动力相互作用两种情况分别对受控结构的地震反应进行了分析。结果表明，在考虑了桩－土动力相互作用后，TMD的控制效果虽然比不考虑桩－土动力相互作用时有所下降，但是仍然可以有效地控制独桩平台的地震反应，因此TMD是一种同样适用于独桩平台地震反应控制的结构振动控制技术。     

复杂载荷作用下立管触地段损伤管道的动力响应

触地段(Touchdown zone, TDZ)是在役钢悬链线立管(Steel catenary riser, SCR)的关键部位,在复杂载荷作用下,极易形成损伤缺陷,其载荷寿命的评估是深海结构工程中的一个关键问题。本文以大型有限元软件ABAQUS为平台,运用损伤管道实体单元与土弹簧阻尼单元相互作用的模型模拟触地段损伤海底管道在复杂载荷作用下的动力响应,数值计算考虑了管-土相互作用过程中的材料非线性、几何非线性以及接触非线性。讨论了单一环向体积损伤位于触地段管道的不同位置时,触地段损伤管道在不同载荷作用下的动力特性及特征点的动力响应。结果表明,管道所受内外压力以及管道提升端的竖向位移载荷会影响结构的自振频率;体积损伤部位的动力响应较完好部位更剧烈;体积损伤的位置和动力载荷频率对管道动力放大系数的影响很大;当动力载荷的激励频率越接近结构基频时,损伤管道的动力响应及动力放大系数越大。     

非线性管土作用下钢悬链式立管动力响应分析

钢悬链线立管(SCR)在上部浮体运动和波流荷载激励下会与海床土相互作用,传统的线性海床模型假定荷载位移关系是线性的,没有考虑管土相互作用的非线性过程和海床土吸力的影响,本文基于大挠度柔性索理论的钢悬链式立管动力分析程序CABLE3D,将立管受到线性海床的弹性支撑力扩充为立管受到的海床垂向力,充分考虑管土非线性相互作用,并考虑海床土吸力对钢悬链式立管触地点区域的影响,开发出新的动力分析程序。程序采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内采用Newmark-β法,求解给定上部浮体运动条件下,SCR的动力响应,通过算例对线性刚度海床和非线性刚度海床进行对比,并分析了不同海床刚度对SCR触地点动力响应和疲劳损伤的影响。结果表明:非线性海床刚度模型比线性海床刚度模型更接近真实的管土作用过程;在非线性海床刚度模型下,海床土刚度越大,SCR触地点区域垂向位移响应越小,应力幅值越大,疲劳损伤越严重。     

具有结构-桩-土相互作用的海洋平台结构体系承载能力的概率分析

本文研究了桩在竖向荷载和横向荷载作用下承载能力的计算模型,给出了单桩承载能力的概率分析以及不同支承条件对海洋平台结构体系承载能力的影响;提出了具有结构－桩－土相互作用的海洋平台结构体系承载能力的概率特性和在极端荷载作用下海洋平台结构体系的可靠度计算方法。研究结果表明：对于桩支承海洋平台结构体系的承载能力,结构－桩－土相互作用的影响是不容忽视的,其偏差影响取决于土性的离散度。     

考虑桩土作用独桩海洋平台横向振动特性研究

采用动Winkler弹性地基梁模型模拟桩土问动力相互作用，并考虑了流体与桩问相互作用，通过组合成层土中、水中桩单元的刚度阵，推得了独桩海洋平台连续系统横向振动的动刚度阵及在波浪力作用下平台甲板处的频率响应函数，进而求得了在确定性波浪力及随机波浪力作用下桩身任意点的位移响应。最后，通过算例研究和分析了在随机波浪力作用下成层土参数、甲板上重量及冲刷淘深等因素对平台振动响应的影响。     

海上风电单桩式支撑结构冰激振动及参数敏感性分析

针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。     

波浪作用下孔隙海床-管线动力相互作用分析

波浪作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而,在目前的海床响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线之间的相互作用效应,同时也没有考虑土体和管线加速度对海床动力响应的惯性影响,从而无法确定由此所引起的管线内应力。为此考虑管线的柔性,分别采用饱和孔隙介质的Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出了海床与管线的控制方程,进而采用摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,基于有限元方法建立了海床-管线相互作用的计算模型及其数值算法。通过变动参数对比计算讨论了管线几何尺寸、海床土性参数对波浪所引起的管线周围海床孔隙水压力和管线内应力的影响。     

考虑海床土吸力的SCR-Spar整体波浪响应分析

研究海床土吸力对深海钢悬链线立管(SCR)与Spar平台整体波浪响应的影响。分别采用大挠度曲线梁模型、弹性地基梁模型模拟SCR的悬垂段和流线段,考虑SCR与Spar的动力耦合效应,提出整体分析法,并基于锚链/SCR分析程序Ca-ble3D开发V-Cable3D。考虑海床土吸力影响,时域动力响应分析获得一海况下SCR顶点和触地点的位移、张力、弯矩和应力时程。比较分析表明:SCR顶点和触地点附近分别存在波浪响应过程中的张力最大值和弯矩最大值,吸力对这两个特征量以及立管应力状态影响较大。提出的整体分析法为SCR波浪响应分析方法提供了新思路,对SCR与海床的相互作用分析有一定的参考意义。     

考虑桩土相互作用的高桩码头体系等效阻尼比及Pushover分析

为考虑桩土相互作用的高桩码头体系等效阻尼比,将地震作用下高桩码头的滞回耗能定义为各桩塑性铰耗能和桩-土相互作用耗能之和,桩-土相互作用耗能根据p-y曲线和Masing准则定义的滞回环确定,码头结构的塑性铰总耗能为各桩塑性铰耗能的总和,按照正弦激励下一个振动循环内高桩码头体系与相应单自由度体系粘滞耗能相等的原则,推导得到了高桩码头体系等效阻尼比计算公式,并对两个高桩码头进行了Pushover分析。分析表明,土体耗能对高桩码头体系阻尼贡献较大,根据码头各桩塑性铰出现顺序和转动情况计算码头的等效阻尼比更符合实际情况。     

海底管线地震应力影响分析

基于Biot动力固结理论建立海床-管线相互作用的计算模型。利用粘弹性人工边界,以大型有限元软件ADINA为平台对El Centro地震波作用下的海底管线的动力响应进行分析,重点讨论管线覆盖层几何形状以及海床土各向异性对海床土体的孔隙水压力和管线内应力的影响,更为实际地反映了海底管线的地震应力作用。     

复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展

文章从桩基—土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统的回顾与分析,总结了这两个方面研究中各自存在的不足。为了使研究成果更贴近工程实际,建议该领域未来的研究中应同时考虑传统冲刷研究中的水动力荷载与桩基在复杂荷载作用下的循环振动响应,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,进一步优化现有冲刷防护设计。     

极端荷载作用下海洋导管架平台体系可靠度分析

采用非线性倒塌分析方法，考虑桩－土－结构的非线性相互作用，研究了导管架平台在极端荷载作用下承载能力的计算模型，分析了平台结构体系在极端荷载作用下的全倒塌全过程，在此基础上，结合蒙特卡洛法，提出了海洋导管架平台结构的体系可靠度计算方法。最后对工程实例－涠11－4C海洋平台的结构进行了体系可靠性分析，并对比分析了不同的荷载效应计算公式对计算经的影响，研究表明计算经满足工程设计要求，便于工程应用。     

渤海导管架平台的冰激振动响应分析

为研究渤海海域海冰撞击导管架海洋平台的冰振响应,基于锥体冰力函数,本文建立了渤海海域的冰力作用模型。采用ANSYS有限元软件对导管架平台与海冰的相互作用进行数值模拟,开展了海冰作用下抗冰平台的静力分析及平台动力响应分析。通过与静力分析结果对比,验证了动冰力对结构响应的动力放大效应。在此基础上通过改变冰厚、冰速等海冰参数,研究了不同冰力作用周期下导管架平台的冰振响应。研究表明,海冰厚度及海冰流动速度是影响平台动力响应的主要因素,为导管架平台结构的动力优化设计提供了研究基础。     

深水SCR触地区管-土相互作用试验研究进展

与海床的相互作用是钢悬链线立管特有的性质,是传统立管发展中不曾遇到的问题,也是控制立管疲劳寿命的主要因素,特别是触地区出现的峰值弯曲应力和管土接触模型的不确定,成为SCR触地区研究的难点。由于立管与海床的作用机理非常复杂,因此管土相互作用模型的提出大多是建立在模型试验的基础上。通过对国内外深水SCR触地区管土相互作用试验研究案例的分析,简要介绍了SCR触地点的动态响应取决于一系列参数,如海床土刚度、加载状况、立管的提升速度、土的重塑时间和土吸力等,并设计了一套三维管-土相互作用的试验装置,能够为深水钢悬链线立管触地区管-土相互作用的试验研究提供参考。     

涌潮作用下桩式丁坝横向动力特性现场试验及数值分析

结合在钱塘江盐官河段对涌潮作用下桩式丁坝动力特性进行的现场测试,首次将有限差分法应用于求解桩式丁坝框架结构受涌潮瞬态荷载作用时的动力响应。其桩周土模型采用Winkler假定,应用有限差分法将桩式丁坝框架结构的各梁柱单元离散后联立起来,从而求得整个结构的动力响应。通过参数研究揭示了结构的形式、结构的刚度、土的剪切波速(即反映桩土相对刚度)对桩式丁坝框架结构横向振动的影响。通过与现场测试结果比较可知,理论计算值与实测值基本吻合,验证了该方法的精度和稳定性。该方法计算过程简单,克服了传统的静力法不能考虑结构的惯性力以及土的粘滞阻尼和动刚度的缺点,对工程实际具有一定的指导意义。     

考虑波-管-土耦合作用的海底管道在位稳定性分析方法

以水动力加载试验得到的描述管道在位稳定性的波浪环境参数、管道参数和海床土性参数之间的无量纲耦合关系为基础,提出了一种考虑波-管-土动力耦合作用的海底管道在位稳定性分析方法,并通过算例与挪威船级社推荐的DnV设计规范进行了比较分析。分析表明,考虑波-管-土耦合作用的管道稳定性分析方法与DnV管道设计规范有很好的可比性．而且物理机理更清晰,可为管道稳定性设计提供有益的参考。     

单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠性分析

采用非线性逐步倒塌分析方法,考虑桩-土-结构的非线性相互作用,研究了单点系泊海洋导管架平台在极端荷载作用下的承载能力计算模型,在此基础上结合蒙特卡洛随机抽样法,提出了单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠度计算方法。最后对工程实例BZ28-1SPM单点系?白海洋导管架平台结构在20年设计基准期和50年重现期进行了体系可靠性分析：研究结果表明：用50年重现期的环境荷载参数来进行BZ28-1SPM单点系泊海洋导管架平台结构的设计是合理的;在环境荷载中起主导作用的是由波浪引起的系泊力;在海洋平台结构的设计及对已服役平台结构的评估中运用体系可靠度理论,可以为海洋平台结构的设计、维护和评估提供理论依据。