隨著海洋工程的迅速發(fā)展,海上能源的開發(fā)逐步由近海向深海推進(jìn)。浮式結(jié)構(gòu)是深海工程中常用的結(jié)構(gòu)形式,一般采用吸力式樁基礎(chǔ)作錨固基礎(chǔ)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)吸力式樁的研究多采用室內(nèi)小尺寸模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法開展,且對(duì)在斜拉荷載作用下鋼管樁承載特性的研究尚處于起步階段。為使研究結(jié)果更符合工程實(shí)際,本文依托山西省“百人計(jì)劃”項(xiàng)目(深海結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ),項(xiàng)目編號(hào):800101-02030017),采用大尺寸鋼管樁模型,基于陣列式位移計(jì)測(cè)試技術(shù)對(duì)鋼管樁在斜拉荷載作用下的承載特性進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn),并結(jié)合數(shù)值模擬分析,探討了不同工況下的破壞特征,針對(duì)不同長徑比、不同荷載作用角度和作用位置對(duì)鋼管樁承載特性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在本文研究范圍內(nèi),獲得了如下主要結(jié)論:(1)通過對(duì)5種工況下鋼管樁的室內(nèi)模型試驗(yàn),得到在相同長徑比條件下,鋼管樁抗斜拉荷載的能力隨著荷載作用角度的增大而減小,而在相同荷載作用角度下,鋼管樁的抗斜拉荷載的能力隨著長徑比的增加而提高。從破壞特征來看,5種工況下鋼管樁周圍土體產(chǎn)生不同程度破壞,樁前被動(dòng)側(cè)形成破壞楔形體并隆起一定高度,楔形體上出現(xiàn)若干裂縫,樁后主動(dòng)側(cè)出現(xiàn)沉陷和裂隙。(2)陣列式位移計(jì)技術(shù)在本次試驗(yàn)中得到應(yīng)用,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了樁身在不同荷載作用下的位移狀態(tài),表明在斜拉荷載作用下,樁身位移由平移和轉(zhuǎn)動(dòng)組成。不同的加載條件和樁身參數(shù)下,平移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移所占比例有所不同。(3)有限元分析結(jié)果表明,荷載作用位置對(duì)極限承載力的影響與荷載作用角度有關(guān),荷載作用角度≥30°時(shí),荷載作用位置對(duì)鋼管樁在斜拉荷載作用下的極限承載力影響不大。當(dāng)荷載作用角度≤15°時(shí),荷載作用位置對(duì)鋼管樁在斜拉荷載作用下的極限承載力影響較大。斜拉荷載作用在距離樁頂0.8倍樁長處時(shí),鋼管樁的極限承載力取得最大值。斜拉荷載作用下鋼管樁的極限承載力隨長徑比的增加而提高。斜拉荷載作用下鋼管樁的極限承載力隨著加載角度的增大而減小。荷載作用角度≤30°時(shí),這種變化明顯。荷載作用角度30°時(shí),這種變化變緩。綜上所述,在工程中采用鋼管樁作為錨固基礎(chǔ)時(shí),建議盡量將系泊位置設(shè)置在樁身下部,采用較小的加載角度,另外,有條件時(shí),優(yōu)先選用長徑比大的鋼管樁。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P75
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 模型試驗(yàn)
        1.2.2 理論研究
        1.2.3 數(shù)值模擬
    1.3 論文的研究目的和主要內(nèi)容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究內(nèi)容
第二章 斜拉荷載作用下鋼管樁承載特性的模型試驗(yàn)
    2.1 引言
    2.2 試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容
        2.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?br>        2.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容
    2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.3.1 試驗(yàn)平臺(tái)及加載裝置介紹
        2.3.2 試驗(yàn)測(cè)試裝置
        2.3.3 鋼管樁模型的制作
        2.3.4 地基土的制作與控制
        2.3.5 鋼管樁的貫入
    2.4 位移計(jì)的安裝及試驗(yàn)加載方法
    2.5 本章小結(jié)
第三章 斜拉荷載作用下鋼管樁承載特性的模型試驗(yàn)結(jié)果與分析
    3.1 荷載—水平位移關(guān)系
    3.2 樁身轉(zhuǎn)角與荷載的關(guān)系
    3.3 鋼管樁模型的極限承載力和破壞特征
        3.3.1 鋼管樁模型的極限承載力
        3.3.2 鋼管樁模型的破壞特征
    3.4 極限承載力與長徑比、荷載作用角度的關(guān)系
    3.5 本章小結(jié)
第四章 斜拉荷載作用下鋼管樁模型的有限元分析
    4.1 引言
    4.2 計(jì)算方法與數(shù)值實(shí)現(xiàn)
        4.2.1 ABAQUS簡(jiǎn)介
        4.2.2 材料非線性問題的求解方法
        4.2.3 接觸非線性問題的求解方法
    4.3 樁土有限元模型的建立
        4.3.1 計(jì)算模型與計(jì)算區(qū)域的確定
        4.3.2 本構(gòu)模型
        4.3.3 樁土接觸相互作用
        4.3.4 模型參數(shù)的選擇
        4.3.5 網(wǎng)格劃分與設(shè)置
        4.3.6 極限承載力確定
    4.4 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果及分析
        4.4.1 數(shù)值模擬與試驗(yàn)?zāi)�擬的荷載—位移曲線對(duì)比分析
        4.4.2 數(shù)值模擬與試驗(yàn)?zāi)�擬的破壞特征對(duì)比分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 斜拉荷載作用下鋼管樁承載特性的影響因素
    5.1 引言
    5.2 荷載作用位置對(duì)不同長徑比的鋼管樁的極限承載力的影響
    5.3 荷載作用角度對(duì)不同長徑比的鋼管樁極限承載力的影響
    5.4 長徑比對(duì)鋼管樁極限承載力的影響
    5.5 本章小節(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間的參與的項(xiàng)目及研究成果目錄

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本文編號(hào)：2868069