土体流动对自升式平台桩靴极限承载力的影响.pdf

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1、NA、，ALARCHITEcTuREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2015年第31卷第3期(总第103期)DOI：10．14056／j．enki．naoe．2015．03．004土体流动对自升式平台桩靴极限承载力的影响张兆德，张心(浙江海洋学院船舶与海洋工程学院、浙江省近海海洋工程技术重点实验室．舟山316022)摘要：现有自升式平台强度设计中地基承载力采用静态设计法，将地基作为一种不变的边界条件，将桩土作用简化为泥面下简支约束，从而忽略了地基土的非线性及低强度特性。桩土贯入过程属于动态高度非线性、大变形问题，土体流动特性对桩端承载影响很大。建立桩土有限元模型，采用任意拉

2、格朗曰一欧拉法(ALE)模拟桩土贯入，利用罚函数法求解桩土面一面动力接触效应。分析结果表明：桩靴上部空腔破坏，土体回流冲击桩靴上端面，并在桩靴上下端面形成速度逆差，造成桩靴下部形成瞬态吸力，使桩端承载骤增。因此采用静态设计法得到地基承载能力低于实际贯桩桩端承载，由此提出了这样的问题：按照现行规范进行地基承载能力设计，会导致地基承载能力不足。关键词：自升式平台；地基承载；罚函数法；速度逆差；动力接触中图分类号：TU473．I+1；U674．38l文献标志码：A文章编号：2095．4069(2015)03．0016．06Abstract：Intheexistingjack·upplatformst

3、rengthdesignthestaticdesignmethodhasbeenadoptedforfoundationbearingcapacity,whichtakesthefoundationasafixedboundaryconditionwhilethespudCallboundaryconditionissimplifiedtobeasimplesupportundermud，thusneglectingthenonlinearityandlowstrengthcharacteristicofthefoundationsoil．Thepile-soilpenetrationproc

4、essisdynamic，highlynonlinearandwithlargedeformation，SOtheinfluenceofmudflowcharacteristicsonthespudCanbearingcapacityisverylarge．ThispaperestablishesthefoundationfiniteelementmodelIusesthearbitraryLagrangeEulermethod(ALE)tosimulatethepile—soilpenetration．andadoptsthepenaltyfunctionmethodtosolvethefa

5、ce—to—facedynamiccontactefect．TheanalysisresultdemonstratesthatthespudCanuppervacuumisdamaged，back—flowofmudimpactstheupperspudCansurfaceandcreatesavelocitygradientdeficitbetweentheupperandlowerendsofthespudcan，leadingtoatransientsuctiONatthelowerpartofthespudCan，increasingthespudcanbearingcapacitya

6、bruptly．Therefore，inaccordancewiththecurrentdesignregulationthefoundationbeatingcapacityobtainedbystaticdesignmethodwouldbelowerthantheactualvalue，demonstratingadeficientfoundationbearing．Keywords：Jack-upplatform；foundationbearingcapacity；penaltyfunctionmethod；velocitygradientdeficit；dynamiccontact0

7、引言按现行规范【IJ，自升式平台结构计算的边界条件是将地基的作用简化为泥面下的简支约束，不考虑桩土相互作用【2】，忽略了桩土动力接触作用特性。刘书口]对动接触问题的理论及数值计算方法进行了全面系统的总结，分析指出在土木工程中，考虑新的本构关系，不应局限于线弹性小变形的胡克定律，界面动接触分析更具有现实意义。王满生【4J在桩一土．结构的动力相互作用接触单元Goodman的基础上加上阻尼成分，解决了桩