Multiaxial Fatigue Analysis on Reeled Deepwater Steel Catenary Risers with Girth Weld Defects

In the present study, we simulated the reel-lay installation process of deepwater steel catenary risers（SCRs） using the finite element method and proposed multiaxial fatigue analysis for reeled SCRs. The reel-lay method is one of the most efficient and economical pipeline installation methods. However, material properties of reeled risers may change, especially in the weld zone, which can affect the fatigue performance. Applying finite element analysis（FEA）, we simulated an installation load history through the reel, aligner, and straightener and analyzed the property variations. The impact of weld defects during the installation process, lack of penetration and lack of fusion, was also discussed. Based on the FEA results, we used the Brown-Miller criterion combined with the critical plane approach to predict the fatigue life of reeled and non-reeled models. The results indicated that a weld defect has a significant influence on the material properties of a riser, and the reel-lay method can significantly reduce the fatigue life of SCRs. The analysis conclusion can help designers understand the mechanical performance of welds during reel-lay installation.     

德北盆地区域应力场的起源：数值模拟结果

东北德盆地是南部二叠纪盆地的一部分，它从北海穿过德国北部扩展而来(图1a)，东北德盆地位于加里东变形构造前缘的南面，往南扩展到哈尔茨山脉北面的易北河断裂系。盆地经历了复杂的多期构造进程，可以总结为三个主要阶段。盆地形成于上石炭纪且伴随有大规模的火山事件。     

高延性FRP加固大尺寸混凝土柱轴压力学性能研究

现有纤维增强复合材料（FRP）约束混凝土短柱的研究多基于小尺寸试件,对大尺寸试件的研究较少。聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维增强复合材料（PET FRP）和聚萘二甲酸乙二醇酯纤维增强复合材料（PEN FRP）是由回收废弃塑料制成的环保型高延性FRP。高延性FRP具有超过5%的断裂应变,超过传统FRP断裂应变（1.5～3%）。本研究对8个PET FRP约束混凝土圆柱（直径300、400 mm试件各4个）与8个PEN FRP约束混凝土方柱（边长300、400 mm试件各4个）进行轴压力学性能试验,研究构件截面形状、FRP层数等参数对试件轴压力学性能的影响。试验结果表明：高延性FRP约束混凝土柱应力-应变曲线由3个不同的部分组成;部分高延性FRP约束混凝土柱应力-应变曲线第2段出现了下降段,与约束刚度较小有关;相同尺寸的试件,随着高延性FRP层数（厚度）的增加,试件承载力提高,延性更好;对于PEN FRP约束混凝土方柱,在同一轴向变形、高度区域处,环向面应变较环向角应变大,且环向面应变的增加值大于角区域;采用现有高延性FRP约束混凝土柱模型,对约束圆形和方形混凝土柱轴压力学性能提供相对合理的预测。     

国家体育场斜柱测量放样原理与方法

本文用两种不同的数学方法解决国家体育场斜扭柱在任意高程上柱角点三维坐标计算问题,对斜柱现场放样的方法进行阐述。提出建筑施工测量中空间直角坐标系旋转矩阵法转换思路,并论述全站仪坐标放样限差的制定方法。     

高强钢筋混凝土柱轴心受压承载力可靠度研究

课题组搜集186根高强钢筋混凝土轴压柱的试验数据,得到相关统计参数,选用JC法并利用MATLAB软件编制计算程序迭代求解高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标。分析不同荷载组合、钢筋强度、混凝土强度以及配筋率等参数对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响。研究结果表明:高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标随计算模式不确定性系数的增大而增大;随着荷载效应比的增大,可靠指标呈现出先增大后减小的趋势;可靠指标随钢筋强度的提高而减小,随混凝土强度提高而增大;随着配筋率的增大,可靠指标逐渐减小,高配筋率对轴压构件不利。     

基于Hoek-Brown准则的节理岩体能量参数估算

岩体变形和破坏可以看作能量耗散和释放的过程.由于节理岩体结构复杂且难以开展室内试验,因此无法通过试验直接求取其能量学参数.基于Hoek-Brown准则和岩石能量理论,提出了节理岩体在临界状态能量学参数的估算方法.针对含贯通节理(或层面)岩体,通过修正岩块单轴抗压强度以体现贯通节理的方向效应.采用PFC3D分别模拟小尺寸岩样(Φ50mm×100mm)和大尺寸岩体(Φ2m×2m)的三轴压缩试验,通过岩石三轴试验结果拟合岩石数值模拟的细观参数并应用于节理岩体的模拟.根据节理岩体模拟得到应力应变曲线和能量流,验证了Hoek-Brown准则对节理岩体能量参数估算的合理性.     

在普通土大三轴仪上进行土的应力路径试验的探讨

本文介绍了在普通士大三轴仪上对租粒土进行各种不同应力路径试验的方法,并推导出试验过程中轴向荷载的计算公式,为模拟不同土工建筑物的实际应力路径,建立土的本构关系打下了实验基础。     

直接加固软弱下卧土层的地基工作性状模型试验研究

高压喷射注浆法可以在软弱下卧土层中直接形成加固桩体对软土地基进行加固。对这种加固方法形成的地基进行了一组模型试验,其中包含了天然地基和加固地基,加固地基中设置了一组3×3的加固桩体,通过对比研究了直接加固软弱下卧土层的地基处理方法对地基工作性状的影响。结果表明：直接加固软弱下卧土层的方法能很好地改善地基的沉降特性,提高地基的承载能力。加固桩体能有效地传递荷载,使加固区软弱土体的压缩量大大减小。随着荷载的增加,加固桩体顶端承担的荷载大体呈线性增加,桩顶轴力表现为角桩最大,边桩次之,中心桩最小。加固桩体上部受负摩阻力作用,下部受正摩阻力作用,桩身最大轴力位于距桩顶25 cm处。加固区的平均桩-土应力比随荷载的增加而减小。     

考虑主应力方向变化的原状软黏土应力应变性状试验研究

为反映真实工程条件下主应力轴旋转应力路径引起土体性状的变化,对杭州地区正常固结原状软黏土在固结不排水的主应力轴定向剪切和主应力轴单调旋转条件下的应力-应变关系进行试验研究。研究发现,不同主应力方向的定向剪切路径下,随主应力方向变化,试样中各应变发挥程度显著不同,但破坏时的临界八面体应变变化较为稳定,且当八面体应变达到5%时,强度发挥程度已接近甚至超过90%。若剪切过程中增加了主应力幅值不变的不排水主应力轴单调旋转应力路径,只要破坏时主应力方向一致,经历与未经历主应力轴旋转试样的临界应变分量接近,但主应力轴旋转会影响加载阶段试样主应力、主应变增量方向所表现出的不共轴性,并且此影响随旋转时剪应力水平的提高而趋于显著,即使在临界破坏状态下依然明显。试验结果表明,由于土体原生各向异性、黏塑性等性质的存在,并不适宜用相关联流动法则来分析主应力轴旋转条件下土体的应力-应变关系特征。     

间歇循环荷载作用下饱和砂土累积塑性变形及孔压特性研究

长期列车荷载作用会引起砂土地基和填料的强度衰减、累积沉降过大甚至沉陷等病害问题,严重者危及行车安全。揭示病害机制需探明间歇荷载作用下饱和砂土累积塑性变形及孔压特性。对此开展了不同围压、动力幅值下连续加载与间歇加载的动三轴试验,试验结果表明：（1）饱和砂土累积塑性变形-振次曲线呈现锯齿状发展。间歇效应导致卸荷回弹,并显著降低了后加载阶段砂土累积塑性变形,可使连续加载条件下的破坏型“转换”为稳定型。（2）对于塑性安定和塑性蠕变型,孔压-振次关系曲线呈台阶状,第1加载阶段的孔压随振次迅速累积增长,而间歇阶段排水,孔压消散接近或降至0,土体趋密实;在后续加载阶段,孔压累积幅值大幅降低。对于增量破坏型,孔压在第1加载阶段快速增大,试样破坏。（3）建立了表征间歇加载下砂土累积塑性应变两阶段发展特征的预测模型,预测效果良好。（4）间歇效应提高了砂土抵抗塑性变形的能力,连续加载会高估砂土累积塑性应变和低估其动强度。该研究结果对深刻认识间歇循环荷载下饱和砂土的累积变形特性和机制具有重要参考价值。