大直径超长桩打桩过程中桩周土体的疲劳与强度恢复

大直径超长桩的出现给海上的打桩施工增加了难度和复杂性,也使得打桩分析和预估锤击数具有重要的意义。研究表明,当连续进行打桩施工时,桩长时间连续运动导致桩侧土体强度降低,土体产生了疲劳,沉桩相对容易,使得桩体的贯入度与锤击数较预测偏低;当施工停止一段时间后,土体固结排水,强度得到恢复甚至提高,导致继续打桩时难度增加,锤击数增高或出现无法继续贯入的现象。结合一维应力波动理论、桩-土相互作用模型、土体的有效应力原理和固结理论,提出了模拟土体疲劳和强度恢复的数值分析方法,对采油平台的桩基工程进行了打桩分析,计算结果与实测数据吻合较好,说明提出的数值模拟方法具有可靠性。     

基于球孔扩张理论和侧阻力退化效应的压桩力计算模拟

根据静压桩的贯入机制,将沉桩过程模拟为半无限土体中一系列球形孔的连续扩张,土体假定为Mohr-Coulomb材料。利用球孔扩张和源-源假设理论,并采用Boussinesq解进行地面应力的修正,在此基础上分别计算出桩侧极限摩阻力和桩端阻力。通过现场试验研究发现,沉桩过程中侧摩阻力退化效应带来的影响是明显的,提出了相应的侧阻力退化公式。在充分考虑以上因素的基础上推导出了静压桩压桩力的模拟计算公式。使用Matlab6.5软件进行理论计算,并与山西太原某试验进行对比分析,一定深度以下理论值与实测数据基本吻合,证明该计算模拟是可行的。     

岩石疲劳损伤模型的参数估计方法研究

岩石是一种非均质的复杂地质材料,其疲劳损伤演化具有明显的3阶段发展规律。倒S型非线性疲劳累积损伤模型可以很好地描述这一规律。应用倒S型模型开展损伤计算和疲劳寿命分析的先决条件是确定出不同应力水平下的模型参数,而运用Levenberg-Marquardt法进行倒S型曲线拟合的结果表明,不用任何优化方法而随意选取参数初始值时迭代收敛到最优解的概率很低。因此,提出运用有限组合法估算初始值,即在参数可行域中均匀布点,以这些点为起始点分别实施一次Levenberg-Marquardt优化计算,取残差平方和最小的一组参数作为第2次Levenberg-Marquardt拟合计算的初始值。试验结果表明,以有限组合法估算参数初始值,Levenberg-Marquardt迭代计算总能收敛到最优解。     

土体疲劳对打桩分析的影响

在动力沉桩过程中,桩长时间连续运动导致桩侧土体强度的降低,使土体产生疲劳效应。结合一维应力波动理论,桩土相互作用模型和土体疲劳的不同计算方法,编制计算软件,对渤海某油田采油平台的桩基工程进行打桩分析,预测沉桩过程所需的锤击数、桩周土静阻力以及桩的极限承载力。比较不同的桩侧土体疲劳计算模式的分析结果,并用工程实测数据验证计算值。为工程设计和施工提供参考。     

具有裂纹损伤的海底管道断裂及疲劳评估

海底管道是海洋石油开发的重要设施之一,对其进行断裂安全评估是非常重要的。介绍了结构失效评估图（FAD）技术,详细阐述了BS7910：1999规范中三个不同等级的断裂评估方法和疲劳评估方法。通过断裂评估方法,能够对不向受力状态下的含焊接裂纹管道进行断裂评估,得到管道任何位置的极限裂纹长度;通过疲劳评估方法,能够对受复杂动荷载的含焊接裂纹管道进行疲劳评估,得到管道在此种受力环境下的疲劳寿命。     

高分子材料固化滨海盐渍土的强度与微结构研究

高分子材料SH固土剂与生石灰粉共同固化滨海盐渍土具有很高的抗压强度、抗拉强度和水稳性。由于SH固土剂对土颗粒的包裹作用及在土颗粒间和孔隙内形成的丝网状联接结构,使得固化土的强度和水稳性较单一石灰固化土提高很多,正弦波压缩疲劳作用降低了固化土的抗压强度。在一定的荷载值及幅值条件下,随疲劳次数的增加,抗压强度下降。30×103疲劳次数是强度下降的另一个起始点。固化土的微结构形貌照片显示,SH固土剂在两周固化龄期时形成了稳固的丝网状联接结构,四周龄期时结构已相当稳定。浸水后丝网状联接结构依然存在,表明SH固土剂的固化反应具有不可逆性。     

Optimal Design of TMD Under Long-Term Nonstationary Wave Loading

—Traditionally,the use of a tuned mass damper(TMD)is to improve the surviability of the pri-mary structure under extraordinary loading environment while the design loading condition is describedby either a harmonic function or a stationary random process that can be fully characterized by a powerspectral density(PSD)function.Aiming at prolonging the fatigue life of an offshore platform,this studyconsiders an optimal design of TMD for the platform under long-term nonstationary loading due tolong-term random sea waves characterized by a probabilistic power spectral density(PPSD)function.Inprinciple,a PPSD could be derived based on numerous ordinary PSD functions;and each of them is treat-ed as realization of the corresponding PPSD.This study provides a theoretical development for theoptimal TMD design by minimizing the cost function to be the mean square value of the expectedlong-term response.A numerical example is presented to illustrate the developed design procedure.     

确定海洋平台钢裂纹扩展曲线的快速方法

提出了一种确定海洋平台钢裂纹扩展曲线的快速方法。该方法可以综合利用以往的经验数据和当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展速率曲线。与传统的只能利用当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展速率曲线相比。其可利用信息量大幅度增加,所以在精度相同的情况下,可以节省大量试件;而且在试样数一定的情况下。又可大大提高预测精度。文中还给出了海洋平台钢试验对比实例。     

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。     

连续管疲劳寿命预测

连续管在拉伸力作用下易疲劳,影响使用寿命。在对其弯曲拉应力、径向应力、周向应力以及等效应力分析的基础上,建立了连续管疲劳寿命预测模型,并在预测计算的基础上,通过分析对比连续管内部液体压力、连续管外径、连续管壁厚、卷筒直径以及连续管抗拉强度等因素对连续管疲劳寿命的影响,提出了提高连续管使用寿命的实用方法。