高温环境中主管轴力对焊接圆钢管T节点承载性能的影响

利用有限元软件ABAQUS建立T型圆钢管节点热传导分析模型,通过与已有试验数据进行对比,验证了所建有限元模型的可靠性。利用提出的有限元模型分析了不同主管轴力作用下的T型圆钢管节点在火灾环境中的失效过程,研究了主管轴力对T型圆钢管节点临界温度的影响规律。分别讨论了采用屈服强度折减和弹性模量折减的方法预测T型圆钢管节点在高温下的极限承载力,并将预测结果和有限元分析结果进行了对比,给出了这两种方法用于工程设计时的建议。     

套管加强T型管节点在平面外弯矩作用下极限强度分析

对用套管加强的T型管节点在平面外弯矩作用下的极限强度作了参数化分析。同时将相应的套管以及管节点的几何参数对极限强度的影响进行评估,并且和未加强的T型管节点作了比较。在计算结果中可以得出在管节点的弦管和撑管的连接处用合适的套管加强,可以将管节点在平面外弯矩作用下的极限强度提高到3倍多。     

海洋平台T型管节点相贯焊缝外形尺寸研究

本文采用光弹性试验方法,对不同管径比的T型管节点,沿相贯线不同部位的焊缝结构形式的模型,进行了应力分析。并在测定不同参数的管节点相贯焊缝处应力集中系数的基础上,合理地设计了九种不同参数的T型管节点相贯焊缝的外形尺寸。这对海洋平台管节点抗脆性破坏性能和改善平台管节点相贯焊缝的疲劳寿命有着重要的作用。     

张力腿平台局部节点强度可靠度分析方法

局部节点可靠度分析对张力腿平台(TLP)整体安全性评估具有重要意义。提出了一个TLP平台局部节点可靠度的分析方法,首先对TLP平台整体进行分析,统计局部节点各种失效模式并得到典型失效模式及对应的典型荷载工况;然后应用改进的子模型技术对TLP平台局部节点进行极限承载能力分析,确定了局部节点在典型荷载工况下的极限承载力;对局部节点极限承载力及南海某区域的波浪荷载进行统计分析,得到其概率统计特性;在此基础上计算了TLP平台局部节点对应典型失效模式下的可靠度指标。通过算例分析表明,该TLP平台各节点可靠度指标值均大于3.1;立柱与浮箱连接节点在不同荷载工况下失效模式不同,而立柱与甲板连接节点易发生管交汇处剪切破坏。为TLP平台的安全性评估提供了一种有效的分析方法,具有一定的理论价值及实用价值。     

复合加载下考虑接触作用的地基承载特性数值分析

港口、海洋工程结构物基础一般处于复合加载状态,其极限承载力通常采用近来引入的极限荷载图进行评价.对位于地基表面的重力式海洋基础,需要考虑基础与地基间的接触特性对极限承载力的影响.以大型通用有限元软件ABAQUS为计算平台,建立了复合加载模式的地基极限承载力数值分析方法;针对饱和黏土地基上的表面基础,利用在ABAQUS平台上开发的接触计算模块,模拟基础与地基间竖向可分离、切向完全粘结的接触作用;进而基于建立的分析方法,进行系统的有限元计算,分析地基的破坏模式随荷载条件的变化,给出地基的极限荷载包络图,并与经典承载力计算公式结果进行对比.研究结果表明,经典承载力计算公式低估了三维荷载条件下的地基极限承载力,有限元计算模型及数值分析方法,可以较好地分析研究地基的失稳机理及承载力特性,并可考虑基础与地基不同的接触条件对破坏模式及组合极限承载力的影响.     

考虑冲刷影响的筒型基础竖向极限承载力研究

大直径宽浅式筒型基础,阻水宽度大,在位工作期间受波浪海流作用,其周围土体易被冲刷。为研究单侧地基土体受冲刷后筒型基础的竖向极限承载力变化,通过引进冲刷率的概念,采用有限元方法研究了不同冲刷率下筒型基础的竖向极限承载力;并基于Meyerhof理论建立了计算不同冲刷率下筒型基础竖向极限承载力的极限平衡方法。研究结果表明,随着冲刷率增大,筒型基础的极限承载力出现不同程度的下降,当冲刷率为0.8时,即筒型基础单侧土体冲刷深度达6.4 m时,筒型基础的竖向极限承载力折减率为3.28%。建立的极限平衡算法可准确计算冲刷条件下筒型基础的竖向极限承载力。     

海洋平台的灌浆卡箍技术研究

在国内外文献研究的基础上，对钢质近海结构物的修理，加固方法做了较为深入的研究，利用丹麦学者N．S．Ottosen提出的多轴应力状态下混凝土强度理论Ottosen破坏准则，建立了钢与混凝土组合结构T型灌浆卡箍管节点的轴向受控，受压和面内弯矩作用下的非线性有限元计算模型，采用分级加载计算分析了相应的极限承载能力，并与试验结果进行比较分析，计算结果表明，经灌浆卡箍维修后的管节点应力分布，变形和极限承载能力都得到了明显的改善，所得结果较好地反映了实际结构的力学特性。     

循环载荷作用下损伤船体梁极限强度研究

为了研究循环载荷作用下扶强材初始损伤对其极限强度的影响,进行了14组扶强材的循环加载试验和分析。构造了考虑材料累积损伤完整、断筋和大变形的扶强材单元极限承载力计算公式,提出了相应循环载荷作用下损伤扶强材单元的端缩曲线表达式和船体梁极限强度计算的简化逐步破坏法。编制了循环载荷作用下船体梁损伤极限强度计算程序,进行了船体梁极限强度计算,并与有限元结果进行对比。研究结果表明：改进的损伤扶强材模型可较为准确地描述扶强材材料损伤的完整、断筋和大变形的极限承载力退化情况,扶强材腹板断裂的损伤相较初始大变形及材料累积损伤形式承载力下降程度更明显;所提出的循环载荷作用下损伤船体梁极限强度计算的简化逐步迭代方法,能定量地计算扶强材在不同类型损伤下的极限承载力退化程度,具有较高精度,方便易行,可应用于工程设计。     

有限元法在桩靴承载力计算中的应用

自升式钻井平台插桩是地基土在桩靴荷载作用下发生连续的塑性破坏的动态过程,当地基极限承载力等于桩靴荷载时插桩完成。经典土力学极限承载力理论对土体潜在滑动面做了假设,无法有效分析土体内部的破坏过程。本研究应用有限元法（FEM ）对插桩过程进行了模拟,得到地基土的破坏机制以及中间荷载下土体的应力、应变情况,通过和各理论公式计算的极限承载力进行对比分析,分析影响地基极限承载力的因素。研究表明,基础宽度与硬土层厚度的比值 B/H越大,下卧软土层越容易发生塑性破坏,极限承载力明显下降,当B/H＜0．286时,可以忽略下卧软土层对地基承载力的影响。     

砂土地震液化对筒型基础承载力的影响

使用了ANSYS软件对筒型基础进行地震分析,计算了砂土液化情况以及由此导致的承载力的损失,对比了在筒-土界面采用节点耦合和设置接触单元两种形式对该结果的影响,结果显示节点耦合形式既可以保证计算精度,也能提高计算效率。同时,分析了不同长细比筒型基础的砂土液化深度和承载力损失,结果显示较大的长细比有利于减少承载力损失。     

Load characteristics of steel and concrete tubular members under jet fire: An experimental and numerical study

The aim of this study was to evaluate the load characteristics of steel and concrete tubular members under jet fire, with the motivation to investigate the jet fire load characteristics in FPSO topsides. This paper is part of Phase II of the joint industry project on explosion and fire engineering of FPSOs (EFEF JIP) ( [Paik and Czujko, 2009] and [Paik, 2010]). To obtain reliable load values, jet fire tests were carried out in parallel with a numerical study. Computational fluid dynamics (CFD) simulation was used to set up an adiabatic wall boundary condition for the jet fire to model the heat transfer mechanism. A concrete tubular member was tested under the assumption that there is no conduction effect from jet fire. A steel tubular member was tested and considered to transfer heat through conduction, convection, and radiation. The temperature distribution, or heat load, was analyzed at specific locations on each type of member. ANSYS CFX, (2008) and KFX, 2007 codes were used to obtain similar fire action in the numerical and experimental methods. The results of this study will provide a useful database to determine design values related to jet fire.     

复合加载下桶形基础循环承载性能数值分析

作为一种新型基础形式,吸力式桶形基础除了承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用之外,往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及其力矩等其它荷载分量的瞬时或循环作用。对复合加载模式下软土地基中桶形基础及其结构的循环承载性能尚缺乏合理的分析与计算方法。应用Andersen等对重力式平台基础及地基所建议的分析方法,基于软黏土的循环强度概念,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,将软土的循环强度与Mises屈服准则结合,针对吸力式桶形基础,基于拟静力分析建立了复合加载模式下循环承载性能的计算模型,并与复合加载作用下极限承载性能进行了对比。由此表明,与极限承载力相比,桶形基础的循环承载力显著降低。     

软土地基沉箱防波堤失稳模式及稳定性分析方法

针对现阶段深水软黏土地基防波堤建设的设计理论和稳定性分析方法尚不成熟,结合实际工程,采用三维弹塑性有限元数值分析方法,研究在水平或竖直单一方向荷载以及复合加载条件下软黏土地基上沉箱防波堤的失稳模式,提出破坏包络线的稳定性判别方法。在波浪水平荷载作用下,深水软基上沉箱防波堤发生倾覆失稳破坏,失稳转动点为沉箱底面以下中轴线偏右的某点,不同于规范中规定的岩石或砂质地基沉箱倾覆转动点为其后踵点;在重力等竖向荷载作用下,沉箱的失稳模式为结构整体下陷,抛石基床及地基形成连贯的塑性区域,呈现较明显地冲剪破坏形式;在水平、竖向复合荷载作用下,软基上沉箱防波堤的破坏包络线由结构倾覆破坏线和地基承载力破坏线组成,包络线将荷载组合区分成稳定区、仅发生水平承载力不足倾覆破坏区、仅发生地基竖向承载力不足破坏区、同时发生水平承载力和地基竖向承载力不足破坏区4个区域。研究成果为深水软基沉箱防波堤建设提供参考和借鉴。     

Bearing capacity of offshore umbrella suction anchor foundation in silty soil under varying loading modes

Considering the current disadvantages of present offshore wind turbine foundations, a novel anchor foundation with skirt and branches is proposed, called offshore umbrella suction anchor foundation (USAF). A series of experiments and numerical simulations were performed to explore the bearing capacity of the USAF under various kinds of loading modes. The bearing characteristics and the anchor–soil interactions are described in detail for horizontal static loading, horizontal cyclic loading, and an antidrawing (pullout) test in silty soil. In the static loading test, the load–deflection of the anchor under step loading was analyzed and the normalized curve of the load–deflection was obtained to determine the ultimate horizontal bearing capacity of the anchor under normal working conditions. Under horizontal cyclic loading, the relationship between the plastic cumulative deformation and cyclic number was determined. In addition, the responses of USAF were investigated for a low wave frequency and storm surges. In the drawing test, it was found that a “segmentation phenomenon” occurred during the test. Moreover, a method to identify the maximum antidrawing load of USAF was provided based on dynamic mechanics. The numerical results show that the use of anchor branches and skirt can enhance the bearing performance of USAF to a certain degree. However, the anchor branch has a slight positive influence on the bearing performance improvement. The USAF is not only similar to a stiff short pile, but a rotation occurs. The failure envelope under composite loading (V-M) was obtained and the changes associated with changes in the aspect ratio of the internal compartment were clarified.     

海底防沉板—桩复合基础承载特性数值分析

为了研究桩长对海底防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下承载特性的影响,以我国南海水深200 m的某工程实例为研究对象,利用Flac3D有限差分仿真软件建立了计算模型。研究了桩长为4 m、6 m和8 m的防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下的极限承载力和荷载传递机理。结果表明,桩长超过6 m时复合基础的水平承载力显著增长,在水平加载过程中,防沉板总是先达到极限状态而破坏,桩基础的贡献在加载后期体现,且桩长为4 m、8 m时,桩基础与防沉板的连接处弯矩最大;随着桩长的增加,复合基础的抗弯承载力大幅提高,桩基础对复合基础的抗弯承载力贡献增大,当桩长超过8 m,桩长的增加对提高复合基础的抗弯承载力意义不大;在弯矩加载过程中,桩长对于防沉板、桩基础的荷载分配有显著影响,桩长为4 m时,外荷载主要由防沉板承担,当桩长超过4 m时,外荷载主要由桩基础承担;当扭转荷载不超过2 100 k N·m时,防沉板承担主要荷载,直至防沉板达到极限状态而发生旋转,随后桩基础的承载力逐渐发挥;对于桩长为6 m、8 m的复合基础,其极限状态根据防沉板适用性准则确定。     

Study of the Bearing Capacity at the Variable Cross-Section of A Riser-Surface Casing Composite Pile

Reducing the cost of offshore platform construction is an urgent issue for marginal oilfield development.The offshore oil well structure includes a riser and a surface casing.The riser,surface casing and oil well cement can be considered special variable cross-section piles.Replacing or partially replacing the steel pipe pile foundation with a variable cross-section pile to provide the required bearing capacity for an offshore oil platform can reduce the cost of foundation construction and improve the economic efficiency of production.In this paper,the finite element analysis method is used to investigate the variable cross-section bearing mode of composite piles composed of a riser and a surface casing in saturated clay under a vertical load.The calculation formula of the bearing capacity at the variable section is derived based on the theory of spherical cavity expansion,the influencing factors of the bearing capacity coefficient N_c are revealed,and the calculation method of N_c is proposed.By comparing the calculation results with the results of the centrifuge test,the accuracy and applicability of the calculation method are verified.The results show that the riser composite pile has a rigid core in the soil under the variable cross-section,which increases the bearing capacity at the variable cross-section.