循环荷载下海洋锚固基础承载变形特性数值模拟研究
发布时间：2022-01-15 07:26
大直径单桩、吸力锚等海洋锚固基础,不仅要承受由上部结构传递下来的工作荷载（静力荷载）,在海洋环境中还要承受由波浪等引发的具有低频性、长期性、持续性的循环荷载作用。分析静力荷载和循环荷载耦合作用下海洋锚固基础的变形过程及承载力对锚固基础的设计及稳定性评价非常重要。因此本文基于循环弹塑性本构模型建立了分析大直径单桩基础承载变形特性的有限元分析方法,基于土体刚度弱化模型建立了描述软土中吸力锚基础循环弱化过程的有限元分析方法。利用ABAQUS软件建立桩-土相互作用的三维有限元模型,对已有的大直径单桩离心模型试验开展数值模拟。数值计算时采用循环弹塑性边界面模型描述桩侧土体的循环应力应变响应,通过调用该模型的UMAT子程序,设置适当的桩土接触条件、分析步及计算参数,建立了能够追踪水平循环荷载下干砂中大直径单桩位移时程的有限元分析方法。通过与已有离心模型试验结果的对比发现,建立的有限元方法可以描述干砂中大直径单桩在水平单调及循环荷载下的变形过程,可以反映循环荷载位移曲线的非线性、滞回性及位移累积特性,可以预测随循环荷载次数增加,桩身弯矩、位移等的分布特征及演化规律。分别编制均质软土中和土体强度沿深度...
【文章来源】：天津城建大学天津市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状分析
1.2.1 大直径单桩基础循环承载变形特性数值模拟研究现状
1.2.2 吸力锚基础承载变形特性研究现状
1.3 目前研究存在的主要问题
1.4 本文主要研究内容及研究思路
第2章 海洋风电大直径单桩基础循环承载变形特性数值模拟
2.1 引言
2.2 大直径单桩离心模型试验简介
2.3 基于增量弹塑性本构模型的大直径单桩循环承载变形过程数值仿真分析方法
2.3.1 大直径单桩与土相互作用三维有限元模型
2.3.2 土体动本构模型及其UMAT子程序
2.4 数值模拟与离心模型试验结果对比分析
2.4.1 水平静力加载试验模拟
2.4.2 水平循环加载试验模拟
2.5 小结
第3章 均质软土中吸力锚循环承载变形特性数值模拟
3.1 引言
3.2 软土刚度弱化模型简介
3.3 基于软土刚度弱化模型的USDFLD子程序开发
3.3.1 USDFLD子程序简介
3.3.2 USDFLD子程序在ABAQUS中的实现
3.3.3 USDFLD子程序有效性验证
3.4 均质软土中吸力锚模型试验简介
3.5 基于软土刚度弱化模型的吸力锚循环承载变形过程数值仿真分析方法
3.5.1 吸力锚基础与软土地基相互作用三维有限元模型
3.5.2 网格密度影响分析
3.5.3 增量步长影响分析
3.5.4 模量弱化规律分析
3.6 数值模拟与模型试验结果对比分析
3.6.1 变形破坏形式
3.6.2 荷载-位移响应
3.6.3 循环承载力
3.7 小结
第4章 非均质软土中吸力锚循环承载变形特性数值模拟
4.1 引言
4.2 非均质软土中刚度弱化模型的实现
4.2.1 强度沿深度线性增加USDFLD子程序开发
4.2.2 强度沿深度线性增加USDFLD子程序有效性验证
4.3 非均质软土中吸力锚模型试验简介
4.4 非均质软土中吸力锚承载变形过程数值仿真分析方法
4.5 数值模拟与模型试验结果对比分析
4.5.1 变形破坏模式
4.5.2 荷载-位移响应
4.5.3 循环承载力
4.6 小结
第5章 结论与展望
5.1 主要结论
5.1.1 大直径单桩基础的水平循环承载变形特性研究
5.1.2 吸力锚基础循环承载变形特性研究
5.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析[J]. 冯凌云,李大勇. 工程科学与技术. 2018(06)
[2]软黏土中水平受荷桩的静力和循环p–y曲线[J]. 黄茂松,马昊,李森,俞剑,张陈蓉. 岩土工程学报. 2017(S2)
[3]水平循环荷载下桩土动力p-y骨干曲线模型试验[J]. 梁发云,秦承瑞,陈思奇,张浩. 中国港湾建设. 2017(09)
[4]软黏土中伞式吸力锚基础水平承载有限元分析[J]. 刘红军,张浩,李洪江,尹燕京. 岩土力学. 2017(11)
[5]水平循环荷载下海上大直径单桩累积变形特性[J]. 罗如平,李卫超,杨敏. 岩土力学. 2016(S2)
[6]循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现[J]. 焉振,王元战,肖忠,孙熙平. 岩土力学. 2016(S2)
[7]循环荷载作用下吸力锚基础变形的数值分析方法研究[J]. 李书兆,王建华. 岩土工程学报. 2016(12)
[8]海洋能源勘探开发技术现状与展望[J]. 周守为,李清平,朱海山,张厚和,付强,张理. 中国工程科学. 2016(02)
[9]考虑循环软化特性的饱和软土弹塑性本构关系研究[J]. 程星磊,王建华. 岩土力学. 2015(03)
[10]砂土海床中大直径单桩水平承载与变形特性[J]. 刘晋超,熊根,朱斌,应盼盼. 岩土力学. 2015(02)
博士论文
[1]软土不排水循环弹塑性本构关系及其在海洋锚固基础变形分析中的应用[D]. 程星磊.天津大学 2016
[2]软土地基上深埋式大圆筒结构稳定性研究[D]. 范庆来.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]近海风机吸力式基础承载机理研究[D]. 刘文龙.中国石油大学(华东) 2017
[2]近海大直径单桩水平受荷离心模型试验和三维数值分析[D]. 熊根.浙江大学 2013
本文编号：3590179
【文章来源】：天津城建大学天津市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状分析
1.2.1 大直径单桩基础循环承载变形特性数值模拟研究现状
1.2.2 吸力锚基础承载变形特性研究现状
1.3 目前研究存在的主要问题
1.4 本文主要研究内容及研究思路
第2章 海洋风电大直径单桩基础循环承载变形特性数值模拟
2.1 引言
2.2 大直径单桩离心模型试验简介
2.3 基于增量弹塑性本构模型的大直径单桩循环承载变形过程数值仿真分析方法
2.3.1 大直径单桩与土相互作用三维有限元模型
2.3.2 土体动本构模型及其UMAT子程序
2.4 数值模拟与离心模型试验结果对比分析
2.4.1 水平静力加载试验模拟
2.4.2 水平循环加载试验模拟
2.5 小结
第3章 均质软土中吸力锚循环承载变形特性数值模拟
3.1 引言
3.2 软土刚度弱化模型简介
3.3 基于软土刚度弱化模型的USDFLD子程序开发
3.3.1 USDFLD子程序简介
3.3.2 USDFLD子程序在ABAQUS中的实现
3.3.3 USDFLD子程序有效性验证
3.4 均质软土中吸力锚模型试验简介
3.5 基于软土刚度弱化模型的吸力锚循环承载变形过程数值仿真分析方法
3.5.1 吸力锚基础与软土地基相互作用三维有限元模型
3.5.2 网格密度影响分析
3.5.3 增量步长影响分析
3.5.4 模量弱化规律分析
3.6 数值模拟与模型试验结果对比分析
3.6.1 变形破坏形式
3.6.2 荷载-位移响应
3.6.3 循环承载力
3.7 小结
第4章 非均质软土中吸力锚循环承载变形特性数值模拟
4.1 引言
4.2 非均质软土中刚度弱化模型的实现
4.2.1 强度沿深度线性增加USDFLD子程序开发
4.2.2 强度沿深度线性增加USDFLD子程序有效性验证
4.3 非均质软土中吸力锚模型试验简介
4.4 非均质软土中吸力锚承载变形过程数值仿真分析方法
4.5 数值模拟与模型试验结果对比分析
4.5.1 变形破坏模式
4.5.2 荷载-位移响应
4.5.3 循环承载力
4.6 小结
第5章 结论与展望
5.1 主要结论
5.1.1 大直径单桩基础的水平循环承载变形特性研究
5.1.2 吸力锚基础循环承载变形特性研究
5.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析[J]. 冯凌云,李大勇. 工程科学与技术. 2018(06)
[2]软黏土中水平受荷桩的静力和循环p–y曲线[J]. 黄茂松,马昊,李森,俞剑,张陈蓉. 岩土工程学报. 2017(S2)
[3]水平循环荷载下桩土动力p-y骨干曲线模型试验[J]. 梁发云,秦承瑞,陈思奇,张浩. 中国港湾建设. 2017(09)
[4]软黏土中伞式吸力锚基础水平承载有限元分析[J]. 刘红军,张浩,李洪江,尹燕京. 岩土力学. 2017(11)
[5]水平循环荷载下海上大直径单桩累积变形特性[J]. 罗如平,李卫超,杨敏. 岩土力学. 2016(S2)
[6]循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现[J]. 焉振,王元战,肖忠,孙熙平. 岩土力学. 2016(S2)
[7]循环荷载作用下吸力锚基础变形的数值分析方法研究[J]. 李书兆,王建华. 岩土工程学报. 2016(12)
[8]海洋能源勘探开发技术现状与展望[J]. 周守为,李清平,朱海山,张厚和,付强,张理. 中国工程科学. 2016(02)
[9]考虑循环软化特性的饱和软土弹塑性本构关系研究[J]. 程星磊,王建华. 岩土力学. 2015(03)
[10]砂土海床中大直径单桩水平承载与变形特性[J]. 刘晋超,熊根,朱斌,应盼盼. 岩土力学. 2015(02)
博士论文
[1]软土不排水循环弹塑性本构关系及其在海洋锚固基础变形分析中的应用[D]. 程星磊.天津大学 2016
[2]软土地基上深埋式大圆筒结构稳定性研究[D]. 范庆来.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]近海风机吸力式基础承载机理研究[D]. 刘文龙.中国石油大学(华东) 2017
[2]近海大直径单桩水平受荷离心模型试验和三维数值分析[D]. 熊根.浙江大学 2013
本文编号：3590179
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