復(fù)合加載下海上大直徑鋼管樁屈曲承載力數(shù)值研究.pdf

1、大直徑鋼管樁通常用作海上風(fēng)機(jī)及海洋平臺(tái)基礎(chǔ)，與陸上樁基礎(chǔ)相比，其厚徑比較小，且水中及水面以上樁身自由段較長(zhǎng)，加之海洋地質(zhì)條件及海洋環(huán)境荷載復(fù)雜，受荷后可能發(fā)生樁身的整體屈曲或局部屈曲，導(dǎo)致海洋結(jié)構(gòu)物的壽命減少或損毀。因此，開展復(fù)雜荷載作用下的海上大直徑鋼管樁屈曲承載力的研究，對(duì)改進(jìn)海上大直徑鋼管樁基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)，提高海洋工程結(jié)構(gòu)物的安全性具有重要意義。
　　本文介紹了樁的一般屈曲分析理論，建立了基于Winkler彈性地基梁模型的二

2、維梁（樁）/土彈簧有限元數(shù)值模型，采用特征值屈曲分析法和Riks非線性屈曲分析法，探討了海上鋼管樁的樁頂約束條件、復(fù)雜環(huán)境荷載、樁身材料變形特性、地基反力分布形式及樁身自由段和入土段長(zhǎng)度變化對(duì)其屈曲承載力的影響。進(jìn)而采用三維樁/土有限元模型，研究了鋼管樁及樁周土的彈塑性特性和樁土接觸作用對(duì)樁屈曲穩(wěn)定的影響。最后基于三維薄壁圓柱殼有限元模型，研究了海上鋼管樁作為薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)的整體屈曲和局部屈曲兩種模態(tài)。
　?。?）介紹了結(jié)構(gòu)屈曲的

3、基本概念，討論了不同荷載下的樁的工作性狀，詳述了樁的屈曲分析方法以及影響樁身穩(wěn)定的相關(guān)因素；最后介紹了ABAQUS有限元中兩種屈曲分析方法，為海上大直徑鋼管樁的屈曲承載力數(shù)值分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　?。?）基于二維Winkler彈性地基梁概念，建立了二維梁（樁）-土彈簧有限元數(shù)值模型，利用 ABAQUS提供的子程序接口進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了樁側(cè)地基反力的不同分布，研究了海洋地基反力復(fù)雜分布及樁身入土比對(duì)海上大直徑鋼管樁特征值屈曲承載

4、力的影響。
　?。?）發(fā)展了復(fù)雜約束條件下軸心受壓桿屈曲承載力的理論解，以此作為海上大直徑鋼管樁的等代結(jié)構(gòu)，通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)值模擬，提出了復(fù)雜約束條件下鋼管樁特征值屈曲承載力計(jì)算方法；探討了在不同的樁頂約束條件下，樁身彈性和彈塑性變形特性對(duì)海上大直徑鋼管樁屈曲承載力的影響。
　?。?）采用三維樁/土有限元模型分析了海上大直徑鋼管樁的屈曲特性，研究了樁及樁周土的彈塑性變形特性和樁土接觸作用對(duì)樁屈曲穩(wěn)定的影響，并驗(yàn)證了二維數(shù)值計(jì)算結(jié)