筒型基础平台使用过程中安全性研究

筒型基础平台使用过程中安全性研究 The Safety Research on Bucket Foundation Platform in Process of Operation

学科专业：建筑工程技术与管理 研 究 生：孙章 指导教师：丁红岩 教授

天津大学建筑工程学院 二零零九年五月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘 要 筒型基础是海洋工程中一种有广阔发展前景的新型基础型式，是由海上系泊的吸力锚发展而来。筒型基础的桩体是一个顶端封闭，底部开口的钢筒。目前筒型基础或吸力锚主要有四个方面的用途：(1)用于延长测试系泊油轮；(2)作为自升式平台的沉垫阻滑桩；(3)作为单点系泊系统的基础；(4)作为海上简易结构的基础。本文主要研究的是作为海洋平台及海上简易结构基础的筒型基础在使用过程中的安全性。 影响筒型基础平台使用安全的因素主要包括筒型基础的承载力、稳定性和沉降。而稳定性又与承载能力和沉降有关，故安全因素的讨论可归结为对承载能力和沉降的讨论。本文系统总结了筒型基础平台承载力的各种理论计算方法，探讨了筒型基础平台在不同荷载作用下的失稳破坏模式，研究了筒型基础平台的极限承载力特性，阐述了考虑土流变特性的软土地基的沉降计算方法，并在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上，建立了筒型基础平台整体的三维弹塑性有限元计算模型，对影响筒型基础使用安全的各种因素做出了更深入的分析，通过具体算例来比较验证了理论计算的合理性。最后通过一个实例，分析筒型基础平台在使用过程中，受到各种荷载组合作用下的应力、位移、固定性、稳定性和沉降的变化情况，对筒型基础使用过程中的安全性给出了合理的评价。 本课的提出克服了传统的单独研究筒型基础筒体的不足，直接建立筒型基础平台整体的模型，计算结果更接近于实际。对筒型基础平台在实际应用中的安全使用和减少安全事故的发生具有一定的指导意义。

关键词: 筒型基础 安全性因素 有限元分析 ABAQUS 安全事故 ABSTRACT Bucket foundation is today considered as an attractive and proven technology and becoming widely used in offshore projects, it was developed from suction anchor which was used for offshore anchoring. The pile body of the bucket foundation are steel buckets whose top ends are closed and bottom ends are opened. At the present time, bucket foundation or suction anchor is mainly used in four ways: (1) prolonged test in anchoring oil tanker; (2) as a bottom hull of the jack-up drilling platform; (3) as a foundation of the single-point anchoring system; (4) as a foundation of the simple offshore structures. In this text, the safety of bucket foundation in process of operation as an offshore platform or as a simple foundation is mainly discussed. The main security factors of the bucket foundation platform in operation are bearing capacity, stability and sedimentation. And the stability has a relationship with the bearing capacity and sedimentation. So the discussing in security factors can be concluded with bearing capacity and sedimentation. In this text, the principle and computing method of the bearing capacity and sedimentation are systematic concluded. The destabilization of the bucket foundation platform when suffering from different loads is researched. The ultimate bearing capacity of the bucket foundation platform is studied. And the computing method of sedimentation in soft soil when considering rheological behavior of the soil is presented. A 3D elastic plastic finite element model of the bucket foundation is created on the platform of ABAQUS which is large and commonly used. The security factors are discussed more deeply. And the rationality of the theoretical computation is verified through an example. At last, an example is presented to reasonably evaluate the safety of the bucket foundation platform in process of operation. The issue prompted overcomes the inadequacies of the traditional research on single bucket. The whole finite element model of the bucket foundation platform is directly created here, and the result is more close to the reality. The studies have important implications in making the bucket foundation operate safely and decreasing a lot of safe accidents.

KEY WORDS：Bucket foundation, security factors, finite element analysis,

ABAQUS, safe accidents 目 录 第一章 绪论 ....................................................... 1 1.1 概述 ..................................................... 1 1.2 筒型基础发展现状和应用 ................................... 2 1.3 筒型基础的工作原理和安装过程 ............................. 3 1.4 影响筒型基础平台使用安全的主要因素 ....................... 5 1.4.1 筒型基础平台的承载能力和稳定性 ...................... 5 1.4.2 筒型基础平台的沉降 .................................. 5

1.5 研究课题的工程背景及意义 ................................. 6 1.6 本文的主要工作 ........................................... 6 1.7 本文的组织结构 ........................................... 7 第二章 筒型基础安全因素的理论分析 ................................. 8 2.1 概述 ..................................................... 8 2.2 筒型基础承载力理论计算 ................................... 8 2.2.1 水平力作用下土抗力的计算 ............................ 8 2.2.2 粘土中筒型基础水平承载力 ........................... 12 2.2.3 砂土中筒型基础水平承载力 ........................... 17 2.2.4 粘土中筒型基础极限抗压承载力 ....................... 17 2.2.5 砂土中筒型基础极限抗压承载力 ....................... 18 2.2.6 粘土中筒型基础极限抗拔承载力 ....................... 19 2.2.7 砂土中筒型基础极限抗拔承载力 ....................... 21