筒型基础系缆平台冰—结构相互作用研究

摘要

筒型基础是近二十年来应用于海洋工程的具有良好发展前景的基础型式。它是一种上顶面封闭，下底面敞开的柱状结构，利用潜水泵，可以很容易的将该结构沉放到海底土内，由于它可以重复异地使用，有很好的经济性。与传统的海洋结构基础(普通桩)相比，筒型基础的设计和计算将更为复杂，目前对筒型基础安装、计算都尚无规范可查。 本文对冰与结构的作用，筒型基础在水平荷载作用下的受力机理，有限元的非线性理论进行了研究，并作了以下工作： 利用通用的有限元程序ANSYS软件，采用三维八结点的块体单元，在相同荷载和约束条件下，选取不同的土体边界，就筒型基础筒边土体的附加应力扩散行为进行了三维有限元分析。分析结果表明，筒边土体的附加应力扩散规律具有方向性；在确定土体边界尺寸时，应在水平方向取土体边界尺寸为5.0倍筒体直径，在竖直方向取土体边界尺寸为2.0倍筒高，此时就可以忽略土体的边界效应，进而在有限元计算精度和求解时间之间找到一个合理的平衡点。 用边界层的削弱近似模拟土体的非线性，适当的选取边界层土的参数，对模型进行动力分析。使用冰的屈曲破坏模型对结构进行作用，在不同加载速度情况下得到结构柱顶和柱底的加速度变化曲线，通过比较，验证了加载速度的变化对结构动力响应的影响是非常大的。

目录

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第一章绪论

1.1筒型基础简介

1.2.1 筒型基础的发展

1.2.2 筒型基础的结构和施工

1.3 海洋平台的冰激振动

1.3.1 国内外研究情况

1.3.2冰力作用模型

1.4 土与结构的相互作用

1.5 本文研究的主要工作

第二章海洋平台结构的冰力作用模型

2.1冰力作用基本模型

2.2.1静冰力公式

2.2.2动冰力作用模型

2.3静动冰力作用的统一模型

2.3.1静动冰力统一模型的表达形式

2.3.2强迫振动的讨论

2.3.3渤海海冰屈曲破坏的动冰力模型及其参数确定

第三章筒型基础承载力计算方法

3.1传统短桩在水平力作用下的土抗力计算公式

3.1.1 Broms法

3.1.2 Brinch Hansen法

3.1.3 API法(Matlock法，用于粘土)

3.2粘土中筒型基础的水平承载力

3.2.1桩头受转动约束时筒型基础的水平承载力

3.2.2桩头自由筒型基础的水平承载力

3.2砂土中筒型基础的水平承载力

3.3.1桩头受转动约束时筒型基础的水平承载力

3.3.2桩头自由的筒型基础水平承载力

第四章筒型基础有限元分析及土体边界的选取

4.1有限元基本原理

4.1.1有限元法的求解思路

4.1.2有限元的应力计算

4.1.3非线性有限元的基本原理

4.1.4材料的非线性问题

4.2筒型基础有限元分析的土体边界选取

4.2.1理论分析

4.2.2计算模型的建立

4.2.3模型计算结果分析

第五章筒型基础冰激荷载动力特性分析

5.1边界层模型

5.2有限元模型的建立

5.3冰力屈曲破坏模型及其参数的确定

5.4结构的冰激振动响应分析

5.4.1筒型基础平台的位移

5.4.2冰激振动的加速度

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢