文档介绍：循环荷载作用下软粘土中张紧式吸力锚承
载力研究
Study on Bearing Capacity of Suction
Anchors with Taut Mooring Systems in Soft
Clay under Cyclic Loading
一级学科:土木工程
学科专业:岩土工程
研究生:刘晶磊
指导教师:王建华教授
天津大学建筑工程学院
二零一二年六月
独创性声明
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摘要
张紧式吸力锚是深水浮式平台一种重要的基础形式。本文针对静荷载与循环
荷载作用下软土中张紧式吸力锚破坏模式与承载特性进行了研究,包括以下几个
方面工作:
通过模型试验研究了吸力锚在静荷载作用下的破坏模式以及不同破坏模式
的承载特性。结果表明:锚发生竖向破坏时,其系泊方向的位移大约为 倍锚
径,锚发生水平破坏时,其系泊方向的位移大约为 倍锚径;通过优化锚的长
径比,可以在节约成本的前提下使锚发挥更大的承载能力;土层条件改变会影响
锚的破坏模式,并导致承载力发生相应的变化。
通过模型试验研究了平均荷载和循环荷载共同作用下张紧式吸力锚破坏模
式和承载特性,结果表明:
若静荷载作用下锚为竖向破坏,那么在同方向平均荷载和循环荷载共同作用
下锚仍然是竖向破坏;若静荷载作用下锚为水平破坏,那么在同方向平均荷载和
循环荷载共同作用下其破坏模式取决于竖向与水平抗力的弱化程度;
当循环破坏次数大于一定值时,锚的循环承载力低于静极限承载力;加载方
向给定后,随平均荷载的增大,同一循环破坏次数下的循环承载力有所增加;当
平均荷载比在 左右时,锚承受的循环荷载最大;
循环荷载频率改变对锚循环承载力的影响程度取决于循环破坏次数,当频率
从 减小至 时,若循环破坏次数从 100 变化至 1000 时,循环承载力
最多降低约 8%;若循环破坏次数从 1000 变化至 2000 时,循环承载力最多降低
约 4%;若循环破坏次数大于 2000 时,循环承载力最多降低约 1%,此时可略去
循环频率变化对承载力的影响。
对利用有限元计算分析张紧式吸力锚承载力的方法进行了研究。结果表明:
锚土之间接触特性的描述取决于锚的破坏模式。当锚为竖向破坏时,采用临
界剪应力摩擦模型描述锚土间接触是恰当的;当锚为水平破坏时,采用库伦摩擦
模型描述锚土间接触是恰当的;
计算中若采用基于 Mises 屈服准则的理想弹塑性本构关系描述软土的不排
水应力应变特性,且按位移标准确定极限承载力,则弹性模量的取值对确定软土
中吸力锚承载力有影响且取决于锚的破坏模式。当锚发生竖向破坏,弹性模量按
约 150 倍的不排水强度取值是恰当的;当锚发生水平破坏,弹性模量按约 75 倍
的不排水强度取值是恰当的;
借助有限元方法,分析了加载方向对锚底反向承载力影响,并提出了反映加
载方向对锚底反向承载力影响的修正关系;
探讨了依据软粘土循环强度利用拟静力弹塑性有限元计算,估算平均荷载与
循环荷载共同作用下吸力锚平均位移变化趋势的可行性,计算与模型试验结果比
较说明,计算得出的拟静力荷载位移曲线能够对锚实际平均位移的变化趋势给出
一个恰当的估计。
最后基于塑性极限上限分析原理,建议了一种利用软粘土循环强度计算平均
荷载和循环荷载共同作用下张紧式吸力锚承载力的拟静力方法。通过对计算结果
与模型试验结果比较说明利用这一方法分析吸力锚循环承载力的可行性。
关键词:深水锚固基础海洋软土吸力锚模型试