海洋工程中灌浆连接段若干规范比较

灌浆连接是海洋工程中最常用的连接方法之一。文章比较了其适用的五部规范及推荐做法:英国健康与安全执行局《海上结构桩与套管连接技术报告(HSE-Pile/sleeve connections—2001)》,美国石油协会《海上固定平台规划、设计和建造的推荐做法(API RP 2A-WSD—2007)》,国际标准化组织《石油和天然气行业固定海上钢结构规范(ISO 19902—2007)》,挪威的石油技术法规《钢结构设计规范(NORSOK-N-004—2013)》,挪威船级社《海上风机结构设计规范(DNV-OS-J101)》,给出了上述规范的验算方法及适用范围。由于灌浆连接段在使用中的受力形式不断复杂化,本文进一步研究了规范《DNV-OS-J101》的发展历程,为该行业的设计人员理解该规范验算方法概述及适用范围的发展提供了帮助。     

海上风机灌浆连接段应力评价方法探析

  [目的]  灌浆连接段被广泛应用于海上风机支撑结构与基础的连接,其力学性能对整个风机的可靠性至关重要。为了探寻对灌浆连接段合适的应力评价方法,文章进行了有限元模拟分析。  [方法]  通过建立数值模型来探究灌浆连接段在给定的压弯荷载下的应力分布情况,提出用名义平均应力和应力相关系数的概念来评价其总体应力水平,最后研究了各种参数对连接段力学性能的影响,并确定了在各参数变化条件下应力相关系数的范围。  [结果]  参数分析的结果显示剪力键的位置对灌浆连接段钢管的Mises应力和浆体的Tresca应力有较大的影响。并且钢管的厚度与最大应力具有负相关性。同时发现,灌浆层的最大Tresca应力仅对自身厚度的变化较为敏感,而对钢管厚度变化不敏感。最后,根据参数分析确定的应力相关系数在3到6之间。  [结论]  参数分析结果可以为灌浆连接段设计提供参考,而应力相关系数能够被应用于初步评估灌浆连接段在联合荷载作用下的力学性能。     

考虑水流侵入的海上风机基础灌浆连接段疲劳性能试验研究

海上风机基础中的灌浆连接段会在浪溅区或者水下工作,水流的侵入可能会对灌浆连接段的疲劳性能产生影响。本文设计了灌浆连接段局部性能试件,其中四个试件在空气中进行疲劳加载;同时,设计了一套水循环装置,让两个试件在水流侵入的条件下进行疲劳加载。试验结果表明,空气中疲劳荷载幅较大的试件A-3的灌浆材料出现了较宽的裂纹和剥落现象,试件加载的残余变形不断累积。同时,相同荷载幅条件下的两对试件相比,空气中的2个试件经过200万次疲劳循环总变形都在-0.7 mm以内;而水中的2个试件仅加载至26.4万次及6.4万次时,试验机位移便达到-10 mm,试验终止。由此可见,水流侵入会严重劣化灌浆连接段的疲劳性能。原因在于,水流会侵入灌浆材料裂纹内部,在荷载加载时,侵入的水分挤压灌浆材料局部的缝隙,加速裂纹的形成与开展;而在荷载卸载时,水流带走被压碎的灌浆材料,使得裂纹不稳定扩展,灌浆材料块体剥落。     

海上风机基础灌浆连接段压弯性能有限元分析

灌浆连接段在海上风机支撑结构中得到了广泛运用。由于灌浆连接段独特的几何构成,其内部浆体的变形和应力状态难以用试验方式得到。因此,基于已有试验结果,利用有限元软件ABAQUS对灌浆连接段试件在压弯荷载下的力学性能进行了分析。将有限元分析结果与试验结果对比,从试件破坏形态、荷载-位移曲线和钢管纵向应变分布三方面验证了有限元模型的可靠性。基于有限元分析结果,对灌浆连接段浆体及钢管的应力分布和变形进行深入分析,进而得到了灌浆连接段压弯荷载的传递机理。研究结果表明:灌浆连接段主要通过形成灌浆料斜压短柱来将荷载从套管传递至桩管,且钢管的破坏先于灌浆体。     

单钢管避雷针减振设计技术研究

单钢管避雷针的长细比过大,刚度较小,在风荷载作用下容易发生风致振动和涡激振动,导致避雷针的根部或法兰连接部位的焊缝或螺栓产生疲劳破坏。为了减少避雷针在风荷载下的振动,采取相关减振措施。采用有限元软件ABAQUS对结构进行建模分析,比较三种减振方案的不同效果。结果表明,基于特制调频质量阻尼器(TMD)的减振装置效果好并易于实施,在合理设计下能够显著减小振动;而内置预应力拉索方案没有明显的减振效果;采用灌浆加强的双法兰连接构造虽然未能减小振动,但是局部的加强有助于降低关键部位的应力水平,进而提高疲劳性能。此外,对格构式避雷针进行建模分析,与单钢管避雷针比较发现,格构式避雷针在风荷载下的力学性能优于单钢管式避雷针。     

碳纤维复合材料板与钢板胶-螺混合双搭接接头拉伸性能试验研究

对双层搭接的碳纤维复合材料板与钢板胶-螺混合连接在单调受拉伸荷载下的拉伸性能展开试验研究;考察其极限承载力、应变分布以及破坏模式;并与螺栓连接、纯胶连接方式比较;同时还考虑制作工艺对混合连接的影响。结果表明,混合连接承载力稳定。两种工艺制作的固定尺寸的混合节点中,先胶结再钻孔的节点在一定数量范围内增加螺栓数会使承载力上升,但过多使用螺栓承载力反而下降;先钻孔再涂胶的节点螺栓和胶层协同工作性能好,但制作工艺要求更高。     

抗渗混凝土的应用

本文阐述了抗渗混凝土的应用，主要从原材料的选择，配合比参数合理确定等方面进行了阐述。     

海上风机导管架支撑结构灌浆连接段数值分析北大核心

采用有限元数值模拟对海上风机导管架支撑结构灌浆连接段进行几何参数分析,研究压弯设计荷载作用下几何参数对连接段力学性能的影响。参数分析表明,在位移方面,灌浆连接段的长度,套管厚度和桩管厚度通过改变连接段线刚度影响最大横向位移以及最大竖向位移。在应力方面,钢管厚度显著影响钢管的最大Mises应力,灌浆长度不直接影响钢管最大Mises应力;灌浆长度、钢管厚度不显著影响浆体的Tresca应力,浆体厚度影响浆体最大Tresca应力,且浆体厚度有最优值。该研究成果为海上风机导管架支撑结构灌浆连接段的设计提供一定的技术参考。     

瑞利阻尼在Abaqus中的实现

为充分体现结构阻尼对结构振动响应的影响,在结构动力响应有限元分析中加入经典的瑞利阻尼,并在Abaqus中进行匀质梁的弯曲和轴向简谐振动分析,然后与结构动力学理论解进行对比,研究瑞利阻尼在Abaqus中的实现方法。结果表明：有限元动力响应分析结果与理论结果吻合良好,该方法可以准确实现在Abaqus中添加瑞利阻尼。