复合加载下海上大直径钢管桩屈曲承载力数值研究

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1、学校代码：10289分类号：TU473.1密级：公开学号：129010016江苏科技大学专业硕士学位论文（全日制专业学位）复合加载下海上大直径钢管桩屈曲承载力数值研研究生姓名栗铭鑫导师姓名詹云刚副教授尹群教授申请学位类别专业硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业船舶与海洋工程论文提交日期2014年12月20日研究方向船舶与海洋工程论文答辩日期2015年3月21日答辩委员会主席顾学康评阅人2015年3月21日分类号：TU473.1密级：公开学号：129010016江苏科技大学硕士学位论文复合加载下海上大直径钢管桩屈

2、曲承载力数值研究学生姓名栗铭鑫指导教师詹云刚尹群江苏科技大学二〇一五年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalstudyforthebucklingloadsofoffshorelargediametersteelpipepilesundercombinedloadingsSubmittedbyLiMingxinSupervisedbyZhanYungangandYinQu

3、nJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch，2015江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规

4、定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要大直径钢管桩通常用作海上风机及海洋平台基础，与陆上桩基础相比，其厚径比较小，且水中及水面以上桩身自由段较长，加之海洋地质条件及海洋环境荷载复杂，受荷后可能发生桩身的整体屈曲或局

5、部屈曲，导致海洋结构物的寿命减少或损毁。因此，开展复杂荷载作用下的海上大直径钢管桩屈曲承载力的研究，对改进海上大直径钢管桩基础的工程设计，提高海洋工程结构物的安全性具有重要意义。本文介绍了桩的一般屈曲分析理论，建立了基于Winkler弹性地基梁模型的二维梁（桩）/土弹簧有限元数值模型，采用特征值屈曲分析法和Riks非线性屈曲分析法，探讨了海上钢管桩的桩顶约束条件、复杂环境荷载、桩身材料变形特性、地基反力分布形式及桩身自由段和入土段长度变化对其屈曲承载力的影响。进而采用三维桩/土有限元模型，研究了钢管桩及桩周土的

6、弹塑性特性和桩土接触作用对桩屈曲稳定的影响。最后基于三维薄壁圆柱壳有限元模型，研究了海上钢管桩作为薄壁圆柱壳结构的整体屈曲和局部屈曲两种模态。（1）介绍了结构屈曲的基本概念，讨论了不同荷载下的桩的工作性状，详述了桩的屈曲分析方法以及影响桩身稳定的相关因素；最后介绍了ABAQUS有限元中两种屈曲分析方法，为海上大直径钢管桩的屈曲承载力数值分析奠定了理论基础。（2）基于二维Winkler弹性地基梁概念，建立了二维梁（桩）-土弹簧有限元数值模型，利用ABAQUS提供的子程序接口进行二次开发，实现了桩侧地基反力的不同分

7、布，研究了海洋地基反力复杂分布及桩身入土比对海上大直径钢管桩特征值屈曲承载力的影响。（3）发展了复杂约束条件下轴心受压杆屈曲承载力的理论解，以此作为海上大直径钢管桩的等代结构，通过系统的数值模拟，提出了复杂约束条件下钢管桩特征值屈曲承载力计算方法；探讨了在不同的桩顶约束条件下，桩身弹性和弹塑性变形特性对海上大直径钢管桩屈曲承载力的影响。（4）采用三维桩/土有限元模型分析了海上大直径钢管桩的屈曲特性，研究了桩及桩周土的弹塑性变形特性和桩土接触作用对桩屈曲稳定的影响，并验证了二维数值计算结果的可靠性。（5）以三维薄

8、壁圆柱壳模型的屈曲荷载数值解与两种薄壁圆柱壳屈曲理论的解析解对比为基础，通过特征值屈曲分析和Riks非线性屈曲分析，研究了海上大直径钢管桩在弹性土层中的两种屈曲模态，探讨了壁厚、桩径、桩长和桩身变形材料特性对屈曲模态的影响I江苏科技大学专业硕士学位论文关键词：复合荷载；大直径；钢管桩；屈曲；数值模拟IIAbstractABSTRACTOffshorelargediametersteel