系泊及安裝纜繩連接著海床中的錨固結(jié)構(gòu)和海面上的浮式海洋平臺,是系泊系統(tǒng)的重要組成部分。一方面,拖船或系泊浮體的運(yùn)動通過安裝或系泊纜繩傳至錨固結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致錨固結(jié)構(gòu)在海床中的復(fù)雜運(yùn)動;另一方面,由于海床土抗力的作用,嵌入纜也將發(fā)生復(fù)雜的變形并呈現(xiàn)特殊的形態(tài)。當(dāng)浮式結(jié)構(gòu)遭遇極端環(huán)境荷載時,系泊系統(tǒng)可能會發(fā)生部分破壞,比如一根或者多根纜繩的破斷。在這種情況下,未發(fā)生破壞的纜繩其方向會劇烈地改變。在海洋平臺長距離的漂移下,海床中的錨固結(jié)構(gòu)甚至也會發(fā)生三維運(yùn)動,此時,錨固結(jié)構(gòu)和纜繩均會受到非共面荷載的作用。為了評估非共面荷載作用下錨固結(jié)構(gòu)的承載性能和運(yùn)動行為,首先應(yīng)當(dāng)對嵌入纜繩的三維特性進(jìn)行全面的研究。本文通過對嵌入纜在海床中的受力情況進(jìn)行分析,建立起了同時適用于黏土和砂土的、能夠求解嵌入纜在海床中三維構(gòu)形和輸力規(guī)律的理論模型,并考慮了黏滯系數(shù)l?對黏土中嵌入纜反懸鏈特性和三維特性的影響。針對所建立的理論模型,提出了相應(yīng)的數(shù)值求解流程,該流程不僅能夠分析錨固結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下,也能夠分析錨固結(jié)構(gòu)在海床中發(fā)生復(fù)雜運(yùn)動時,嵌入纜的三維構(gòu)形和輸力規(guī)律。為了考查本文提出的理論模型及數(shù)值求解流程的有效性,與已有的研究工作進(jìn)行了系統(tǒng)的對比分析。然后,設(shè)計了兩個應(yīng)用算例,用以分析嵌入纜在非共面荷載作用下的三維構(gòu)形及輸力規(guī)律。第一個應(yīng)用算例中,系纜點(diǎn)固定不動,嵌入點(diǎn)在給定的位移條件下變化。該算例對應(yīng)于系泊系統(tǒng)發(fā)生局部破壞,從而導(dǎo)致浮體產(chǎn)生了一定偏移,但錨固結(jié)構(gòu)未破壞、仍固定不動。第二個算例中,嵌入纜和錨固結(jié)構(gòu)在海床土中同時移動。該算例對應(yīng)于一個工程實(shí)例,即在一次針對OMNI-Max錨的極限測試中,錨固結(jié)構(gòu)隨浮體的漂移在海床中發(fā)生了長距離的運(yùn)動。兩個算例對應(yīng)了系泊系統(tǒng)在海洋環(huán)境荷載作用下的兩個典型狀態(tài),通過分析和考察,加深了對嵌入纜在海床中變形和輸力規(guī)律的認(rèn)識,以期對工程應(yīng)用做出有益的參考。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.38
【部分圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文在海床中形成三維構(gòu)形，如圖 1-2(b)所示。對于板錨而言，非共面荷載將減少錨的有效承載面積，從而降低錨的承載力。錨固結(jié)構(gòu)承載力的降低可能會導(dǎo)致整個系泊系統(tǒng)的失效，其余的錨也可能被拔出。為了計算非共面荷載下錨固結(jié)構(gòu)的承載力，評估錨固結(jié)構(gòu)的承載性能，對嵌入纜的三維特性開展研究顯得尤為重要且勢在必行。

第一個算例對應(yīng)于系泊系統(tǒng)發(fā)生了局部破壞，此時浮式結(jié)構(gòu)發(fā)生漂移，但錨固結(jié)構(gòu)未破壞、仍固定不動；第二個算例來自于一個工程實(shí)例[4]，在浮式結(jié)構(gòu)的拖曳作用下，錨固結(jié)構(gòu)在海床中發(fā)生了運(yùn)動。基于本文的分析結(jié)果，加深對嵌入纜在非共面荷載作用下的變形和輸力規(guī)律的認(rèn)識，以期能夠提出對工程應(yīng)用有益的建議。嵌入點(diǎn)(TDP)反懸鏈形態(tài)海床面海洋平臺系纜點(diǎn)(Padeye)(a) 反懸鏈形態(tài)yzx海床面o錨嵌入纜水中纜浮體(b) 三維構(gòu)形

圖 1-3 嵌入纜直桿單元受力圖[7]使模型更具普適性，Bang 和 Taylor[11]將嵌入纜的力學(xué)控制方土中嵌入纜的力學(xué)控制方程與飽和黏土中最大的區(qū)別在于土抗和黏土的內(nèi)摩擦角 0°，因此，飽和黏土中的土抗力不受土；而砂土的內(nèi)摩擦角并不為零，砂土中產(chǎn)生的土抗力受土體內(nèi)。Bang 和 Taylor[11]的模型中，嵌入纜被離散為具有彎曲剛度承受彎矩作用。給定土性參數(shù)、嵌入纜的尺寸和邊界條件（包入點(diǎn)處纜繩與水平面的夾角以及系纜點(diǎn)的埋深），通過增量求力規(guī)律，并將計算結(jié)果與離心機(jī)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)數(shù)值求解嵌入纜的反懸鏈形態(tài)和輸力規(guī)律可以考慮諸多因素的較高，但求解過程復(fù)雜，需要反復(fù)迭代，嵌入纜微分單元形式雜的工作，且研究者一般針對自己所研究的問題建立特定的受解。因此，數(shù)值迭代求解的可操作性和普適性較差。Neu
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本文編號：2835443