新型海洋平台组合结构连接节点设计与试验研究

摘要

21世纪是人类走向海洋的世纪，海洋经济已经成为世界经济发展的新增长点。在全球能源紧缺的大环境下，我国综合国力和经济水平不断提升的同时，带来的是对油气能源的极大需求。海洋平台作为海上油气勘探开采和海洋科学研究的重要基础设施，在我国蓝色海洋战略计划中承担着重要的角色。不锈钢管中管钢管混凝土组合海洋平台是一种新型海洋平台结构形式，平台上、下组块的连接节点既是结构设计的重点也是施工组装的关键。为保证新型平台上、下组块连接节点的承载能力和可靠性，本文提出了3种新型节点连接形式并着重探讨了其在轴压条件下的受力机理和工作性能。主要研究工作如下： 1. 为解决新型海洋平台桩腿截面形式改变后，下部组合结构桩腿与上部钢管之间非等径异截面的连接问题，在JZ20-2海洋平台的基础上，设计了过渡件节点、隔板加劲肋节点和法兰节点三种新型节点型式。 2. 设计制作了缩尺比例为1:4的节点缩尺模型，通过材性试验和节点轴压试验，详细分析各个节点的塑性发展、破坏模式、承载能力、轴压刚度和荷载-应变曲线。为新型节点连接的可靠性提供了参考。 3. 利用有限元软件ABAQUS对节点的试验模型进行了数值模拟，细致分析了节点的屈服顺序和变形原因，同时将计算结果与试验结果进行了对比，二者吻合良好，验证了有限元分析的有效性，为海洋平台节点的足尺仿真提供了可能性。 4. 利用ABAQUS对过渡件节点和隔板加劲肋节点进行了足尺建模和参数分析，重点分析了锥形过渡件斜率（S）对过渡件节点承载力，以及隔板厚度（B）、加劲肋个数（N）、加劲肋高度（H）、加劲肋厚度（T）和混凝土强度（C）对隔板加劲肋节点承载力的影响。 5. 针对节点的破坏模式和受力机理对节点进行了优化设计，加强后的过渡件节点和隔板加劲肋节点承载力都有显著的提升。 6. 三种新型节点均能够满足海洋平台节点承载力的设计要求，其中，过渡件节点破坏偏脆性，法兰节点承载力最高，隔板加劲肋节点延性最好。

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