深海平台锚固基础抗拔承载特性数值分析

论文摘要

深海平台海底锚固基础主要有吸力式桶形基础和细长锚桩基础两种类型,基础的抗拔承载能力是深海平台正常使用的关键。国内目前的研究主要围绕着平台基础的模型试验展开,甚少涉及实际尺寸下深海平台基础的抗拔承载特性分析,因而深入开展实际深海平台锚固基础抗拔承载特性的研究就显得尤为重要。本文以我国南海深海地质条件为基础,采用三维有限元数值方法,首先依托国外建成在役的某Spar平台为工程背景,考虑土体强度、土层特性、加载位置、加载角度和基础长径比对其采用的吸力式基础抗拔承载特性的影响,比较分析不同加载工况下基础的破坏模式。接着,依托国外已建成的两座张力腿平台为工程背景,分别对其垂直系泊下的吸力式桶形基础和锚桩基础进行抗拔承载特性计算,计算中考虑土质条件、土层特性、基础形式及长径比对基础承载特性的影响,判断不同基础的破坏模式。最后,比较分析基础抗拔极限承载力的数值计算结果和半经验半理论公式计算结果。研究结果表明,吸力式基础和桩基础的承载能力均随着土体强度和基础长径比的增加而增加,Spar平台斜线系泊系统下吸力式基础的承载能力还随加载角度和加载位置的变化呈现出一定的规律性。并且存在倾斜加载时基础与基础内外土体的共同塑性屈服破坏和垂直加载时基础外部土体的局部剪切破坏等两种不同的破坏模式,而垂直系泊下的吸力式基础和桩基础在达到极限状态时分别属于局部剪切破坏和拉伸破坏。研究结论可为我国深海地区新型平台基础的设计提供一定的参考依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 立柱式平台和张力腿平台的发展概况
• 1.2.1 立柱式平台的产生与发展
• 1.2.2 张力腿平台的产生与发展
• 1.3 深海平台锚固基础的研究进展
• 1.3.1 吸力式桶形基础的发展概况与研究现状
• 1.3.2 抗拔锚桩的发展概况与研究现状
• 1.4 本文的研究目的和研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 平台基础结构与土的本构关系及非线性分析
• 2.1 引言
• 2.2 平台基础与土的本构关系
• 2.2.1 土体
• 2.2.2 钢材
• 2.2.3 钢筋混凝土
• 2.2.4 接触模型
• 2.3 计算非线性问题与处理方法
• 2.3.1 材料非线性问题与处理方法
• 2.3.2 几何非线性问题及处理方法
• 2.3.3 接触非线性问题及处理方法
• 2.4 小结
• 第三章 Spar 平台吸力式基础倾斜抗拔承载特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 工程背景
• 3.3 三维有限元模型的建立
• 3.3.1 计算假定
• 3.3.2 材料参数及本构模型的选取
• 3.3.3 单元类型和计算范围的选取
• 3.3.4 加载工况
• 3.4 模拟计算结果与分析
• 3.4.1 土体强度对基础极限承载力的影响
• 3.4.2 加载点位置对基础极限承载力的影响
• 3.4.3 加载角度对基础极限承载力的影响
• 3.4.4 基础长径比对基础极限承载力的影响
• 3.4.5 非均质土中基础承载力计算结果
• 3.4.6 破坏模式分析
• 3.5 吸力式桶形基础抗拔承载力的拟合公式
• 3.5.1 理论依据
• 3.5.2 有限元计算结果的拟合
• 3.6 小结
• 第四章 TLP 平台吸力式桶形基础承载特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 工程背景
• 4.3 三维有限元数值模型的建立
• 4.3.1 计算假定
• 4.3.2 材料参数及本构模型的选取
• 4.3.3 单元类型和计算范围的选取
• 4.4 模拟计算结果与分析
• 4.4.1 土体强度对基础极限承载能力的影响
• 4.4.2 长径比对基础极限承载力的影响
• 4.4.3 非均质土中基础承载力计算结果
• 4.4.4 数值分析结果与经验公式计算结果的比较分析
• 4.5 小结
• 第五章 TLP 平台桩基础承载特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 工程背景
• 5.3 三维有限元数值模型的建立
• 5.3.1 计算假定
• 5.3.2 材料参数及本构模型的选取
• 5.3.3 单元类型和计算范围的选取
• 5.4 模拟计算结果与分析
• 5.4.1 土体强度对基础极限承载力的影响
• 5.4.2 长径比对基础极限承载力的影响
• 5.4.3 非均质土条件下基础承载力计算结果
• 5.4.4 数值分析结果与经验公式计算结果的比较分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.1.1 Spar 平台吸力式桶形基础极限承载特性
• 6.1.2 张力腿平台（TLP）吸力式桶形基础极限承载特性
• 6.1.3 张力腿平台（TLP）桩基础极限承载特性
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文