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.     

自升式平台桩脚在含硬壳层地基中的插深分析

存在硬壳层的层状地基承载能力分析是自升式钻井平台桩脚插深分析的关键,但是目前对硬壳层承载能力的确定还没有成熟可行的理论计算方法。一般的针对非均质层状地基的承载力计算方法,因参数较多,计算步骤繁琐,很难广泛应用于实际的平台桩脚入泥深度分析中。文中主要介绍了存在硬壳层的层状地基承载力的分析方法与过程,根据应力扩散原理推导并做适当的简化得到硬壳层承载力修正方法。简化后的修正方法能满足一般硬壳层承载力分析的需要,并使平台插桩深度分析计算过程变得简便。通过在实际工程的应用,得到的实测结果与理论计算值也较为一致,说明了用此方法分析硬壳层地基的平台插桩是合理、实用的。     

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。     

分析海洋重力式建筑物地基位移反应的拟静力方法

随机波浪荷载下海洋重力式建筑物的位移反应,是工程设计中考虑的一个重要因素,基于对我国某海砂所进行的循环三轴试验成果的分析和研究,文中通过建立起一个考虑了不同初始固结应力状态及不同振次效应的土的综合归一化数学模型,提出了一个分析计算重力式海洋建筑物地基位移反应的拟静力方法.与一般的动力分析方法相比较,这一方法具有简捷方便之特点,文中最后还通过一重力式海洋平台地基位移反应分析的具体算例,表明了文中建议方法的实用性.     

自升式海洋平台地基强度稳定性分析

自升式海洋平台地基强度稳定性是保证作业安全的基本条件。结合土力学理论及有限元分析,提出一套较完整的地基强度稳定性分析方法,并结合一个实际算例,探讨影响地基强度稳定性的几个关键因素,对平台设计人员及使用者具有一定的参考价值。     

海洋导管架平台抗震可靠性分析方法

以渤海湾的两座典型海洋导管架平台为研究对象,运用非线性逐步破坏分析方法,提出了在环境荷载作用下海洋导管架平台结构抗震可靠性的分析方法,并计算了相应的可靠度.计算与分析结果表明,本例的海洋导管架平台的抗震可靠度较大,即失效概率很小,而且该分析方法是一种较为简单、实用和可靠的分析方法.     

深水半潜式钻井平台简化疲劳分析

研究适用于中国南海的深水半潜式钻井平台结构简化疲劳分析方法。依据中国南海环境条件,计算平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。通过结构波浪应力的长期预报,计算得到平台寿命期一遇波浪载荷,依据寿命期一遇波浪载荷计算平台结构寿命期一遇最大热点应力范围。采用简化疲劳分析方法计算平台结构疲劳寿命,用谱疲劳分析方法验证简化疲劳分析结果的准确性,证实了简化疲劳分析方法相对保守,可应用于平台的设计。     

基于非线弹性水平地基反力系数的实用群桩分析方法

在NL(Non-Linear Elasticity Horizontal Foundation Coefficient)法的基础上提出了群桩的非线弹性水平地基反力系数实用分析方法,可以使复杂的群桩计算简化为水平地基系数折减后的单桩计算问题,直接采用NL法查表计算。通过实测资料和理论计算值的比较,提出了群桩水平地基系数的建议值。     

海底管线沉降量计算方法的理论研究与试验验证

根据极限平衡和极限分析方法,首先建立了软土地基土体上海底管线的极限承载力计算公式.当地基处于极限状态时,基础作用于地基的全部荷载应等于该地基土体的承载能力,根据这一关系式可以推导出海底管线沉降量的计算公式.最后通过对试验结果的分析,证实所采用的计算方法是可行的.     

海上桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析

讨论了浅海桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析方法。通过模型实验结果与有限元分析结果的对比,验证有限元法的可靠性。将有限元法用于桶形基础平台负压沉贯渗流场的计算,得到沉贯过程中许用负压随插深的变化,用于指导平台就位施工时的负压控制。不同插深时,相应许用负压下的桶内、外壁渗流水头和水头梯度分布的计算结果,用于沉贯阻力的计算。     

海上桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析

讨论了浅海桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析方法.通过模型实验结果与有限元分析结果的对比,验证有限元法的可靠性.将有限元法用于桶形基础平台负压沉贯渗流场的计算,得到沉贯过程中许用负压随插深的变化,用于指导平台就位施工时的负压控制.不同插深时,相应许用负压下的桶内、外壁渗流水头和水头梯度分布的计算结果,用于沉贯阻力的计算.     

考虑流固耦合时的海洋平台结构非线性动力分析

采用非线性的Morison方程,建立了考虑流固耦合时的海洋平台非线性动力方程及其时程分析方法.以一固定式导管架平台为算例,计算了考虑流固耦合时的海洋平台浪致振动响应,比较了考虑流固耦合和不考虑流固耦合时海洋平台动力响应的差异.算例表明：在较大的波浪条件下,不考虑流固耦合时的计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果,因此,偏于不安全.分析认为,在极端海况条件下,考虑流固耦合的分析方法更符合实际情况.     

老龄半潜式钻井平台节点疲劳裂纹扩展寿命预报

通过结合常规谱疲劳分析方法和裂纹扩展分析方法,给出了一种工程实用的评价老龄平台节点裂纹扩展寿命的方法,并以某一平台为例进行了验证计算。首先,基于谱疲劳分析得到各个节点在过去30年的节点疲劳损伤,然后,对损伤接近或大于1.0的节点进行基于单一曲线模型的裂纹扩展分析,以求得该节点在目前状态下裂纹扩展寿命。结果表明,目标平台计算疲劳热点满足继续使用的要求。此外,针对不同初始裂纹尺寸时的裂纹扩展寿命计算结果表明初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展寿命影响很大。     

单一地层平台插桩地基土破坏模式及插桩深度有限元分析

自升式平台插桩是地基土在桩靴荷载作用下发生连续塑性破坏的过程,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。因而,研究采用有限元极限分析法对单一地层中插桩时地基土渐进破坏过程进行了模拟,并与Skempton、Terzaghi公式计算的极限承载力进行了对比,取得了较为一致的结果,同时对插桩深度进行了预测。     

自升自航式船桩靴入泥初步分析

初步分析自升自航式船桩靴的入泥过程、入泥机理和入泥深度的组成,讨论桩靴入泥深度的计算分析方法,将入泥过程看作基础埋深增大的过程,用极限承载力公式分析计算桩靴的入泥深度和适宜的地基。     

黏土地基上海洋平台桩靴峰值阻力上限分析

在自升式平台的预压载过程中，桩靴在层状地基上较易发生“穿刺”现象，很大程度上影响着平台的安全运行。准确地分析桩靴峰值阻力，避免平台桩靴发生“穿刺”是非常重要的。采用极限分析上限定理，合理构建运动许可速度场，从理论上推导了层状地基上桩靴峰值阻力的上限解答。为了进一步验证峰值阻力理论解答的准确性，采用ABAQUS有限元软件构建了“桩靴—弹塑性海床”的三维数值模型，对桩靴贯入海床的过程进行了数值模拟，分析桩靴周围土体的塑性变形演变规律，研究土体的破坏机理。研究结果表明：推导的桩靴峰值阻力上限解答，能够较好地计算层状地基极限承载能力，通过与离心机试验和数值结果对比，计算误差在18%以内；给出的运动许可速度场能够较好地反映桩靴周围土体破坏模式；桩靴阻力达到峰值时，下层软土中的土塞高度约为桩靴直径的0.2倍。     

以二相饱和介质为模型的地基与结构相互作用的动力有限元分析

本文首次将海洋地基土模型化为二相饱和介质进行土壤地基与海洋平台结构相互作用的动力有限元分析,文中给出了分析原理,并以此为基础编制了动力子结构分析程序。算例结果表明孔隙水存在对结构和地基的受力与变形的影响。文末对该课题有待进行的一些工作进行了论述。     

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。     

海上风电支撑结构静力弹塑性Pushover分析方法

我国海上风电建设主要分布在东南沿海,该区域地震荷载作用显著,海上风电属于动力敏感结构,因此,在海上风电结构设计中,对其抗震性能进行评估十分重要,但当前海上风电的抗震性能评估方法不够完善。本文基于建筑结构和地下结构Pushover分析方法,建立了适用于单桩基础海上风机支撑结构的整体Pushover分析方法,开展了海上风电支撑结构抗震性能影响因素分析。研究结果表明,整体Pushover分析方法评估单桩基础海上风电的抗震性能具有一定的可靠性;对于砂土地基,弹性模量与内摩擦角的增大均会导致性能曲线斜率的增大;对于黏土地基,弹性模量与粘聚力的增大均会导致性能曲线斜率的增大;内摩擦角与粘聚力对砂土与黏土地基性能曲线的线性阶段几乎无影响。     

桶型基础结构与土壤相互作用的有限元—无限元—接触元耦合线性分析

桶型基础是一种新型的海洋基础结构型式，在负压作用下的下沉过程中，桶型基础结构与地基产生了相互作用，考虑结构与土壤的相互作用的强度分析为桶型基础的设计提供依据，本文将有限元－无限地－接触元相耦合的线性数值分析方法引入桶型基础的结构与土壤之间的相互作用的强度分析，采用接触单元考虑结构与土壤之间的错动滑移及拉裂，采用无限元更有效地反映地基无限域的远场效应，还推导出三节点，七节点，八节点三种新形式的单向无限地坐标映射函数，应用该方法的计算结果与模型试验结果比较，取得较好的效果。