拖曳锚与安装缆绳在海床土中的相互作用

作     者：岳艳召 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海笑

授予年度：2012年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：拖曳锚 安装缆绳 相互作用 系缆点 拖曳力 拖曳角 模型实验 

摘      要：随着油气资源开发不断向深水化和超深水化迈进,深水系泊系统及其系泊基础的研发已成为国际海洋工程领域的前沿和关键课题。拖曳锚因其具有良好的承载性能和深水安装优势,在深水系泊系统中得到了广泛的应用。在拖曳锚安装过程中,锚板与安装缆绳在系缆点处发生复杂的相互作用,锚板的嵌入运动性能直接受到嵌入缆的影响,同时复杂而不规则的嵌入缆形态又与锚板直接相关。系缆点作为安装缆绳和拖曳锚相互作用的纽带,分析锚板与安装缆绳的相互作用可等价为研究系缆点处的拖曳力和拖曳角问题,研究系缆点拖曳力和拖曳角的特性对于拖曳锚的工程设计和简化分析都具有重要意义。 本文针对拖曳锚与安装缆绳的相互作用特性开展了系统的理论和实验研究。基于两种不同的方法推导了同时适用于粘性土和无粘性土的系缆点拖曳力理论表达式。一种方法是基于嵌入缆的受力模型,另一种方法是基于拖曳锚的受力模型。针对以上分析方法,将实验测得的系缆点拖曳力与理论模型预测值进行对比。结果表明,在适当的参数取值以及必要的实测数据的情况下,系缆点拖曳力表达式能合理预测拖曳力的大小。与此同时,通过系统的参数分析,研究了系缆点拖曳力表达式中不同参数的影响效应,给出了承载力系数N q,侧压力系数K和外摩擦角?的建议取值,该取值对解决沙土与结构的相互作用问题有着重要的指导意义。 作为拖曳锚与安装缆绳相互作用研究的另一重要组成部分,本文针对系缆点拖曳角在锚板嵌入过程中的变化规律和确定系缆点拖曳角精确取值的问题开展了理论和实验研究。分析结果表明,系缆点拖曳角的理论预测值与锚板嵌入稳定段的实测数据吻合较好,在锚板嵌入过程中,系缆点拖曳角保持常数不变,该常数值仅于锚胫角有关而与锚板和土体参数无关。除此以外,本文建立了预测系缆点拖曳角取值的理论模型,并将该模型与文献中已有数据进行对比,结果表明,对于刚性锚胫的拖曳锚,系缆点拖曳角比锚胫角大2.6°.7°,对于软索锚胫的拖曳锚,系缆点拖曳角与锚胫角相等。