【摘 要】
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吸力式沉箱基础可以作为海洋工程张力腿式平台(TLP)的锚固基础。在服役过程中,吸力式沉箱基础不仅受到上部平台结构浮力所产生的竖直单向荷载作用,还会受到风、浪、流等因素所引起的循环荷载作用。循环荷载作用下地基土强度的弱化会降低吸力式沉箱基础的承载力,从而缩短其使用寿命,直接影响上部结构的动力响应与安全性能。为保证浮式结构的稳定性,结合锚固系统受力特性,本文针对静载和循环荷载作用下吸力式沉箱基础在软黏
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吸力式沉箱基础可以作为海洋工程张力腿式平台(TLP)的锚固基础。在服役过程中,吸力式沉箱基础不仅受到上部平台结构浮力所产生的竖直单向荷载作用,还会受到风、浪、流等因素所引起的循环荷载作用。循环荷载作用下地基土强度的弱化会降低吸力式沉箱基础的承载力,从而缩短其使用寿命,直接影响上部结构的动力响应与安全性能。为保证浮式结构的稳定性,结合锚固系统受力特性,本文针对静载和循环荷载作用下吸力式沉箱基础在软黏土中的抗拔承载特性和循环后极限抗拔承载力的变化规律进行了研究。主要内容和成果如下:(1)通过模型试验研究竖向静载作用下软黏土中吸力式沉箱基础的抗拔承载特性,分析了不同规格沉箱模型的破坏模式、静极限承载力、沉箱顶部和沉箱底部孔隙水压力及土压力的变化规律,发现软黏土中存在不同的破坏模式。同时通过模型试验研究竖向循环荷载作用下软黏土中吸力式沉箱基础的抗拔承载特性,分析了不同平均荷载比、循环荷载比、循环次数等对沉箱循环后极限承载力、沉箱顶部和底部孔压、沉箱位移以及土体不排水抗剪强度的影响。结果表明高平均荷载和高循环荷载比导致沉箱周围和底部土体强度弱化程度较高,承载力降低较大。(2)基于吸力式沉箱基础的局部剪切破坏模式、底部张力破坏模式及整体破坏模式三种传统的竖直上拔失效模式,结合软黏土中静载试验,提出了软黏土中吸力式沉箱基础的顶部张力破坏模式,给出了底部张力破坏模式与顶部张力破坏模式的判别方法。根据顶部负压对侧摩阻力的影响修正了静极限承载力的计算公式。引入循环后土体不排水抗剪强度的弱化系数,对吸力式沉箱基础循环后极限抗拔承载力进行了修正。(3)采用不追踪每一次循环荷载作用过程中土体不排水抗剪强度的弱化程度,基于模型试验获得的循环后的不排水抗剪强度进行有限元模拟计算。通过模型试验结果、理论计算结果与数值计算结果的比较,研究该方法计算吸力式沉箱基础循环后极限承载力的可行性,对沉箱循环后极限承载力的衰减幅度给出一个合理的估算范围。(4)采用Sesam集成商业软件计算环境荷载作用下华锐风电6.0MW张力腿式风机机组-基础平台-系泊系统传递至吸力式沉箱基础的平均荷载和循环荷载,然后采用三维拟静力弹塑性有限元分析完成吸力式沉箱基础的选型设计,确定了不同平均荷载比、循环荷载比和循环次数作用下沉箱基础循环后极限承载力。通过模拟发现,循环后极限承载力的折减幅度不仅与平均荷载比有关,也与沉箱的长径比以及沉箱的长度、直径有关,可通过数值计算优化吸力式沉箱基础循环后的承载性能。
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