系泊及安装缆绳在海床中三维构形和输力规律的理论研究

摘要

系泊及安装缆绳连接着海床中的锚固结构和海面上的浮式海洋平台，是系泊系统的重要组成部分。一方面，拖船或系泊浮体的运动通过安装或系泊缆绳传至锚固结构，从而导致锚固结构在海床中的复杂运动；另一方面，由于海床土抗力的作用，嵌入缆也将发生复杂的变形并呈现特殊的形态。 当浮式结构遭遇极端环境荷载时，系泊系统可能会发生部分破坏，比如一根或者多根缆绳的破断。在这种情况下，未发生破坏的缆绳其方向会剧烈地改变。在海洋平台长距离的漂移下，海床中的锚固结构甚至也会发生三维运动，此时，锚固结构和缆绳均会受到非共面荷载的作用。为了评估非共面荷载作用下锚固结构的承载性能和运动行为，首先应当对嵌入缆绳的三维特性进行全面的研究。本文通过对嵌入缆在海床中的受力情况进行分析，建立起了同时适用于黏土和砂土的、能够求解嵌入缆在海床中三维构形和输力规律的理论模型，并考虑了黏滞系数 lα对黏土中嵌入缆反悬链特性和三维特性的影响。针对所建立的理论模型，提出了相应的数值求解流程，该流程不仅能够分析锚固结构在工作状态下，也能够分析锚固结构在海床中发生复杂运动时，嵌入缆的三维构形和输力规律。 为了考查本文提出的理论模型及数值求解流程的有效性，与已有的研究工作进行了系统的对比分析。然后，设计了两个应用算例，用以分析嵌入缆在非共面荷载作用下的三维构形及输力规律。第一个应用算例中，系缆点固定不动，嵌入点在给定的位移条件下变化。该算例对应于系泊系统发生局部破坏，从而导致浮体产生了一定偏移，但锚固结构未破坏、仍固定不动。第二个算例中，嵌入缆和锚固结构在海床土中同时移动。该算例对应于一个工程实例，即在一次针对OMNI-Max锚的极限测试中，锚固结构随浮体的漂移在海床中发生了长距离的运动。两个算例对应了系泊系统在海洋环境荷载作用下的两个典型状态，通过分析和考察，加深了对嵌入缆在海床中变形和输力规律的认识，以期对工程应用做出有益的参考。

目录

第一个书签之前

空白页面

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 系泊及安装缆绳在海床中反悬链特性的研究现状

1.2.1 理论研究

1.2.2 实验研究

1.3 系泊及安装缆绳在海床中三维构形和输力规律的研究现状

1.4 论文的主要工作

第2章 系泊及安装缆绳在海床中三维构形 和输力规律的理论模型

2.1 引言

2.2 嵌入缆的力学模型

2.2.1 基本假设

2.2.2 坐标系统

2.3 嵌入缆的受力分析

2.3.1 黏土

2.3.2 砂土

2.3.3 缆绳控制方程

2.4 求解流程

2.4.1 边界条件

2.4.2 迭代方程

2.4.3 求解过程

2.5 小结

第3章 理论模型的考查

3.1 引言

3.2 嵌入缆反悬链特性的对比与考查

3.2.1 黏土

3.2.2 砂土

3.3 嵌入缆三维构形及输力规律的对比与考查

3.4 小结

第4章 缆绳模型在深水锚嵌入运动分析中的应用

4.1 引言

4.2 深水锚在工作状态下嵌入缆的三维构形及输力规律

4.3 参数考察与分析

4.3.1 嵌入点处缆绳张力的影响

4.3.2 土体强度的影响

4.4 深水锚运动过程中嵌入缆的三维构形及输力规律

4.5 小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

附录A 主要符号说明

发表论文和参加科研情况说明

发表论文

参与的科研项目