正压冲固海洋平台三维有限元动力响应分析

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本文以国家海洋“863”计划中的“正压冲固平台技术研究”课题为背景,研究正压冲固新型海洋平台在冰荷载和地震载荷下的动力响应以及桩-土耦合作用机制。 结合所研究的课题实际,本文考虑了土-桩-结构相互作用的影响,对正压冲固平台上部支撑结构和特殊的复合基础建立整体三维有限元模型。充分利用大型有限元软件Marc在非线性材料定义方面的优势,对混凝土、水泥土和加固前后的海洋土进行模拟。在结构有限元处理时,进一步研究板梁非标准组合结构的自由度协调问题,使得计算结果更反映真实的结构情况。 海冰对海洋结构物的作用力是寒冷海域结构物设计的重要控制载荷之一。冰与结构的作用机制十分复杂。本文首先依据规范校核平台在静冰载荷下的强度和稳定性;然后基于Matlock冰激强迫振动理论模拟动冰载荷对平台的作用,并用于平台动力响应计算;最后,考虑海冰作用的随机性,采用渤海湾实测的冰力曲线,对平台进行动力响应和复合桩基的应力分析。 为了进一步说明正压冲固平台复合基础桩-土耦合作用以及完成平台在地震载荷下的动力响应分析,分三种情况模拟桩-土之间的耦合作用:不考虑桩土之间的摩擦作用、设置薄层摩擦单元和接触分析。分析过程中考虑混凝土的开裂和压缩破坏,采用步步分析方法进行平台上部结构的瞬态动力响应分析。计算结果表明,三种情况上部结构位移和加速度响应结果十分接近,另外,从桩土部分应力结果分析也表明,正压冲固这种特殊的工艺,能显著改善不良地基条件,达到预期的效果。 全文是以MSC公司的Mentat/Marc为计算平台完成所有的有限元计算工作的。
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