柔性锚胫法向承力锚离心模型试验研究

摘要

法向承力锚是一种新型的深海海洋平台的系泊基础，其具有安装简便、造价低廉、承载力高及方便回收利用等特点。法向承力锚柔性锚胫由前后柔性缆索及角度调节器构成，在拖曳安装和系泊调节过程中柔性锚胫形态会自行发生变化，同时前后锚胫比例会影响柔性锚胫在拖曳安装和系泊调节中的稳定形态，目前柔性锚胫法向承力锚前后锚胫比例对于安装系泊过程的影响还不明确。另一方面，法向承力锚通过系泊缆与海洋平台之间绷紧连接，系泊缆与水平方向的角度为系泊角度，不同的系泊角度对于法向承力锚系泊承载力的影响尚不明确。因此，本文的研究内容为通过改变柔性锚胫法向承力锚前后锚胫比例及系泊角度，研究其对于法向承力锚安装过程中的安装轨迹和安装荷载以及系泊过程中的系泊承载力和承载性能的影响规律。本文的研究方法是利用离心模拟技术，以双缆安装的Stevmanta式法向承力锚为原型制作法向承力锚模型，进行法向承力锚的拖曳安装试验和系泊试验，在试验过程中测量安装轨迹、安装荷载及系泊承载力，通过分析对比试验结果研究法向承力锚不同前后锚胫比例0.7、0.8、0.9、1.0和不同系泊角度30°、60°、90°对于安装和承载性能的影响。
　　通过对比分析拖曳安装和系泊过程，得到以下结果：对于安装轨迹，随着前后锚胫比例由0.7逐级增加到1.0，对应的贯入深度逐渐增大，锚板与水平向角度峰值逐渐变大，法向承力锚越有利于拖曳安装贯入；在安装试验中，同一前后锚胫比例法向承力锚的安装荷载曲线较为接近，安装荷载随着水平拖曳距离增加而逐渐增大，安装荷载系数总体上随着水平拖曳距离的增加而逐渐减小，在安装结束阶段随着前后锚胫比例的增加最终的安装荷载系数也逐渐变大。在系泊试验中，相同前后锚胫比例不同系泊角度对应的系泊承载力整体上随着拖曳距离的增加逐渐变大并达到最大的系泊承载力，随后系泊承载力逐渐变小，而且不同系泊角度对应的极限承载力较为接近，验证了法向承力锚在系泊阶段通过结构变形可以承受任意方向的荷载；不同前后锚胫比例不同系泊角度的法向承力锚承载性能比（极限承载力与最大安装荷载的比值）的范围为1.08～2.67，其中大部分集中于1.50～2.50。
　　法向承力锚的安装、系泊过程是一个多因素影响的较为复杂的过程，不同前后锚胫比例不同系泊角度对于安装轨迹和贯入深度、安装荷载、极限承载力以及承载性能比等方面有显著的影响。因此需要考虑权衡锚胫尺寸、系泊角度对于各个方面的影响，选择较为合适的前后锚胫比例和系泊角度。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 深水系泊系统

1.3 法向承力锚简介

1.4 国内外研究现状

1.5 本文研究目的及内容

2 土工离心模型试验原理及误差分析

2.1 离心模型试验的基本原理

2.2 离心模型试验误差分析

2.3 本章小结

3 离心模型试验设备和试验方案

3.1 土工鼓式离心机GT450/1.4

3.2 模型试验设备

3.3 试验土体材料

3.4 试验总体安排

3.5 全鼓固结试验方案

3.6 法向承力锚安装试验方案

3.7 法向承力锚系泊试验方案

3.8 本章小结

4 离心模型试验结果分析

4.1 固结试验结果

4.2 法向承力锚安装试验结果

4.3 法向承力锚系泊试验结果

4.4 法向承力锚承载性能比

4.5 本章小结

5 离心模型试验结果与数值计算结果对比分析

5.1 建立分析模型

5.2 塑性方法

5.3 数值计算流程

5.4 数值计算结果分析

5.5 离心模型试验结果与数值计算结果对比

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢