筒型基础平台使用过程中安全性研究

摘要

筒型基础是海洋工程中一种有广阔发展前景的新型基础型式，是由海上系泊的吸力锚发展而来。筒型基础的桩体是一个顶端封闭，底部开口的钢筒。目前筒型基础或吸力锚主要有四个方面的用途：(1)用于延长测试系泊油轮；(2)作为自升式平台的沉垫阻滑桩；(3)作为单点系泊系统的基础；(4)作为海上简易结构的基础。本文主要研究的是作为海洋平台及海上简易结构基础的筒型基础在使用过程中的安全性。
　　 影响筒型基础平台使用安全的因素主要包括筒型基础的承载力、稳定性和沉降。而稳定性又与承载能力和沉降有关，故安全因素的讨论可归结为对承载能力和沉降的讨论。本文系统总结了筒型基础平台承载力的各种理论计算方法，探讨了简型基础平台在不同荷载作用下的失稳破坏模式，研究了筒型基础平台的极限承载力特性，阐述了考虑土流变特性的软土地基的沉降计算方法，并在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上，建立了筒型基础平台整体的三维弹塑性有限元计算模型，对影响筒型基础使用安全的各种因素做出了更深入的分析，通过具体算例来比较验证了理论计算的合理性。最后通过一个实例，分析筒型基础平台在使用过程中，受到各种荷载组合作用下的应力、位移、固定性、稳定性和沉降的变化情况，对筒型基础使用过程中的安全性给出了合理的评价。
　　 本课的提出克服了传统的单独研究筒型基础筒体的不足，直接建立筒型基础平台整体的模型，计算结果更接近于实际。对筒型基础平台在实际应用中的安全使用和减少安全事故的发生具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2筒型基础发展现状和应用

1.3筒型基础的工作原理和安装过程

1.4影响筒型基础平台使用安全的主要因素

1.4.1筒型基础平台的承载能力和稳定性

1.4.2筒型基础平台的沉降

1.5研究课题的工程背景及意义

1.6本文的主要工作

1.7本文的组织结构

第二章筒型基础安全因素的理论分析

2.1概述

2.2筒型基础承载力理论计算

2.2.1水平力作用下土抗力的计算

2.2.2粘土中筒型基础水平承载力

2.2.3砂土中筒型基础水平承载力

2.2.4粘土中筒型基础极限抗压承载力

2.2.5砂土中筒型基础极限抗压承载力

2.2.6粘土中筒型基础极限抗拔承载力

2.2.7砂土中筒型基础极限抗拔承载力

2.3筒型基础稳定性分析

2.3.1筒型基础抗滑移稳定性分析

2.3.2筒型基础抗倾覆稳定性分析

2.4筒型基础沉降分析

2.4.1土的流变特性

2.4.2蠕变的机理

2.4.3地基沉降的组成

2.4.4影响地基沉降的因素

2.4.5地基沉降的计算

2.4.6沉降的规范计算方法

2.5有限元计算结果分析

2.5.1荷载位移曲线

2.5.2模型计算结果分析

2.5.3理论计算与有限元计算的比较

第三章筒型基础平台三维弹塑性数值模型的建立

3.1概述

3.2大型通用计算软件ABAQUS简单介绍

3.3土弹塑性本构模型的选取

3.3.1弹塑性简介

3.3.2 Mohr-Coulomb(莫尔-库伦)弹塑性模型

3.3.3 Druker-Prager(杜拉克-普拉格)模型

3.3.4 Mohr-Coulomb模型和Druker-Prager模型的相互转换

3.4筒和土接触面的选取

3.4.1接触面的相互作用

3.4.2主动面与被动面的概念

3.4.3 ABAQUS中接触算法

3.4.4筒土接触分析不收敛常见现象及解决办法

3.5筒型基础平台三维有限元模型的建立

3.5.1有限元模型的计算范围及边界条件

3.5.2筒型基础平台有限元模型

3.5.3结构整体有限元模型

3.6地基初始地应力的模拟

第四章实例分析

4.1概述

4.2筒型基础平台静力计算条件

4.2.1计算规范

4.2.2筒型基础平台使用过程中受到的载荷

4.3荷载计算与荷载组合

4.3.1风荷载

4.3.2波浪荷载

4.3.3海流荷载

4.3.4冰荷载

4.3.5靠船力

4.3.6其他荷载

4.3.7荷载组合

4.4有限元计算结果分析

4.4.1应力分析

4.4.2位移分析

4.4.3固定性分析

4.4.4稳定性分析

4.4.5沉降分析

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢