格型钢板桩结构数值建模方法研究

王元战，焉  振

(天津大学 天津市港口与海岸工程重点实验室，天津 300072）

摘  要:针对格型钢板桩结构的三种建模方法（考虑板桩间铰接特性，用壳体单元模拟板桩的有限元模型；不考虑板桩间铰接特性，用壳体单元模拟板桩的有限元模型；将格体看做一个整体，用实体单元模拟板桩的有限元模型）进行分析，对各种建模方法得出的关于稳定性、破坏模式、格体环向应力、格体内外土体压力的相关结论进行比较，得到适合工程应用的建模方法。结果表明：三种有限元模型中，考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型，因其考虑因素全面，是最准确的模型。对于重要工程，应采用考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行计算。对于一般工程结构，在稳定性分析方面，三种有限元模型都很适用，由于壳体单元模型收敛性较差，建议采用比较成熟的实体单元模型进行简化；对于破坏模式和板桩间环向应力，建议采用不考虑板桩间铰接作用的壳体单元模型进行简化；对于结构背浪侧格型钢板桩结构格体外侧土体最大被动土压力和格内土体压力，采用不考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行估算。结论对工程数值建模运算具有指导意义。

关键词: 格型钢板桩结构；稳定性；破坏模式；格体环向应力；土压力

王元战，焉振. 格型钢板桩结构数值建模方法研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:1-8.

基于水下光纤应变监测的导管架结构总冰力测量方法

许  宁^1,2，岳前进²，王延林²

（1．国家海洋环境监测中心，大连 116023；2. 大连理工大学 海洋科学与技术学院，盘锦 124221）

摘  要:基于测量结构水下光纤应变获取冰力的方法首次应用于渤海JZ202NW加锥导管架平台，该方法方便进行零点标定，可获取结构总冰力的绝对信息(包括均值和波动值)。首先介绍了JZ202NW平台的现场监测系统，主要包括结构水下应变响应记录冰力信息，甲板上部视频记录同步冰情(冰厚、冰速和来冰方向)信息和拾振器记录结构冰振响应；重点分析了由测点应变向结构总冰力的转化方法，并对总冰力进行了初步分析。将无量纲化实测冰力与5种典型冰力计算模型进行了比较，分析结果表明，锥体宽度与海冰厚度比值(简称“宽厚比”)对冰力大小及变化起决定作用。

关键词:导管架结构；光纤应变；总冰力；渤海；JZ20-2NW

许宁，岳前进，王延林. 基于水下光纤应变监测的导管架结构总冰力测量方法[J]. 海洋工程，2014，32（5）:9-14.

不规则波作用下明基床上开孔沉箱垂直力分析

夏志盛¹，孙大鹏¹，张玉彬²，吴  浩¹

(1.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116024；2.江苏省交通科学研究院股份有限公司 水运工程设计研究所，南京 210017)

摘  要:通过水槽物理模型试验，对不规则波作用下明基床上开孔沉箱所受到的波浪力进行了较为系统的试验研究，分析讨论了开孔沉箱总水平力峰（谷）值时刻对应的总垂直力与基床相对高度、开孔率、波陡、相对水深、消浪室相对宽度等影响因素之间的关系，并与暗基床的研究成果做了对比讨论，给出了明基床上开孔沉箱总垂直力比值（总水平力极值时刻对应的总垂直力/总垂直力极值）与各影响因素之间的计算关系式，研究结果可为工程应用提供参考。

关键词:不规则波；明基床；开孔沉箱；垂直力

夏志盛，孙大鹏，张玉彬，吴  浩. 不规则波作用下明基床上开孔沉箱垂直力分析[J]. 海洋工程，2014，32（5）:15-24.

海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度计算模型

蔡  荣^1,3，杨绿峰²，余  波^1,2

(1. 广西大学 土木建筑工程学院，南宁 530004；2. 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室，南宁 530004； 3. 广西财经学院 建设处，南宁 530003)

摘  要:海洋混凝土结构的表面氯离子浓度反映了海洋氯化物环境的腐蚀作用强度，是海洋混凝土结构耐久性分析和定量设计的重要参数。本文依据国内外不同地区的大量自然暴露试验数据，通过数理统计和回归分析，确定了各种海洋环境条件下表面氯离子浓度的统计特征值，分析了海洋潮汐浪溅区混凝土中氯离子的传输机理和积聚规律，揭示了水胶比对混凝土表面氯离子浓度的影响规律，进而综合考虑水胶比、胶凝材料种类和时变特性等因素的影响，建立了海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度的改进计算模型。结合国内外各种表面氯离子浓度经验模型的预测结果和海洋自然暴露试验的实测数据，对比验证了所建立表面氯离子浓度计算模型的有效性和适用性，为海洋氯化物环境下混凝土结构的耐久性设计和服役寿命分析提供了重要边界条件。

关键词:混凝土；潮汐浪溅区；表面氯离子浓度；水胶比；时变

蔡  荣，杨绿峰，余  波. 海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度计算模型[J]. 海洋工程，2014，32（5）:25-33.

孤立波作用下沿海路基冲刷实验研究

蒋昌波^1,2，杨  武^1,3，陈  杰^1,2，伍志元¹，肖桂振¹，刘  静¹

(1.长沙理工大学 水利工程学院，长沙 410004；2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，长沙 410004；3.中交天津航道局有限公司，天津 300461）

摘  要:基于波浪水槽实验，对孤立波作用下沿海公路局部冲刷开展实验研究。实验采用1/10与1/20组合坡模拟海岸地形，对岸滩进行逐个多次波浪作用，用地形仪对作用后地形进行测量。通过改变路基在冲刷槽的绝对位置和相对位置，探讨路基位置因素对局部冲刷影响。实验结果表明：孤立波作用下沿海路基向海侧出现明显冲坑，冲刷深度随波浪作用个数增加，最后达到平衡。路基位置是路基局部冲刷主要因素，随着路基位置远离海岸线，路基向海侧冲刷深度呈减小趋势。

关键词:孤立波；沿海路基；冲刷；实验

蒋昌波，杨  武，陈  杰，伍志元，肖桂振，刘  静. 孤立波作用下沿海路基冲刷实验研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:34-39.

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灌河口外航道整治模型试验研究

张世钊，夏云峰，徐  华，吴道文

(南京水利科学研究院 交通部港口航道泥沙重点实验室，南京 210024）

摘  要:灌河口外为粉沙淤泥质海岸，口外沙嘴发育，形成主、副槽，拦门沙浅区水深仅2 m左右，波浪掀沙作用强烈，水沙运动复杂。利用波、流共同作用下物理模型试验研究灌河口外拦门沙深水航道整治后水动力变化及航槽回淤，特别是台风浪情况下航道骤淤问题。研究表明：灌河口外海域动力条件、泥沙环境以及工程涉及问题复杂，双导堤配合航槽疏浚整治工程能有效发挥减淤效果，通过双导堤间过流断面积补偿能有效降低工程对新沂河排洪的影响，正常条件下航道开挖年回淤约190~330万方，台风浪骤淤约为180万方，建议导堤根部加高以减少口门附近航道回淤。

关键词:灌河口；航道整治；沙嘴；主、副槽；拦门沙；双导堤；疏浚；泥沙回淤

张世钊，夏云峰，徐  华，吴道文. 灌河口外航道整治模型试验研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:40-49.

初始几何缺陷对管道极限承载力影响研究

王慧平，李  昕，周  晶

(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024)

摘  要:初始几何缺陷被认为是影响管道极限承载力和稳定性的重要因素，但是大部分的管道力学特性研究都没有考虑初始缺陷的影响。基于管道几何尺寸测量机，获得管道的壁厚和直径沿轴向以及环向的分布规律。据此建立了四个三维实体有限元模型，分别为完好管道模型、只考虑直径缺陷的管道模型、只考虑壁厚缺陷的管道模型以及考虑所有缺陷的管道模型。分析了初始缺陷对管道的极限内压承载力、极限轴力承载力和极限弯矩承载力的影响。结果表明，直径缺陷对管道的极限内压承载力影响较大；壁厚缺陷对管道在复杂荷载作用下的极限弯矩承载力影响较大。

关键词: 钢制管道；初始缺陷；三维有限元模型；极限承载力

王慧平，李  昕，周  晶. 初始几何缺陷对管道极限承载力影响研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:50-56.

一种改进的水合物沉积物弹塑性损伤本构模型

杨期君，赵春风

(同济大学 土木工程学院地下建筑与工程系岩土与地下工程教育部重点实验室，上海200092)

摘  要:为了全面考虑水合物对沉积物的力学影响，提出了一个改进的水合物沉积物弹塑性损伤本构模型。首先通过分析水合物在沉积物中的存在形式，认为沉积物的力学特性是水合物胶结以及密实两种作用共同影响的结果；然后在弹塑性损伤理论框架内，引入状态相关砂土本构模型来描述水合物填充的影响，从而建立一个能反映体变特性和围压影响的水合物沉积物本构模型；最后，利用已有试验结果对模型进行了验证。此成果可为将来的水合物开采提供参考。

关键词:水合物沉积物；本构模型；状态相关；摩擦；胶结；损伤

杨期君，赵春风. 一种改进的水合物沉积物弹塑性损伤本构模型[J]. 海洋工程，2014，32（5）:57-62.

基于可靠性的海洋石油平台维修策略研究

王鸿东，张裕芳，余  平，易  宏

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

摘  要:针对海洋石油平台传统维修方式依赖经验的缺陷，从可靠性分析角度来制定维修策略，包括确定最佳维修周期和制定设备的检修顺序。以胜利油田埕岛中心一号海洋石油动力平台电力系统为例，采用基于最小割集的数值仿真方法进行故障树分析，通过任务可靠度推出任务时间，实现以可靠性为中心的最佳预防性维修周期的确定。此外，对系统进行重要度分析，按关键重要度大小进行排序，从而制定设备的检修顺序。

关键词:可靠性；海洋石油平台；维修周期；关键重要度

王鸿东，张裕芳，余  平，易  宏. 基于可靠性的海洋石油平台维修策略研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:63-69.

惠州25-8 DPP组块动力定位浮托安装研究

白雪平，李  达，范  模，易  丛

(中海油研究总院，北京 100027)

摘  要: 从动力定位船舶浮托安装研究出发，归纳了动力定位船舶浮托安装的优势，并以“海洋石油278”驳船进行组块浮托安装为例，提出了南中国海大型组块采用动力定位船舶浮托安装的气候窗及动力定位能力分析方法，给出了惠州25-8 DPP组块动力定位浮托安装的关键设计结果。本研究对环境恶劣海况下的大型组块浮托安装具有一定借鉴意义。

关键词: 动力定位船舶；浮托安装；气候窗；大型组块

白雪平，李达，范  模，易  丛. 惠州25-8 DPP组块动力定位浮托安装研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:70-77.

波浪作用下斜坡上护面块体内部应力分布数值模拟

崔  焱，姜  峰，任  冰

(大连理工大学 建设工程学部，大连 116023）

摘  要:基于3D FEMDEM方法建立三维原型尺度数值模型，模拟波浪荷载作用下斜坡上护面块体内部的应力分布。波浪作用下结构物的水动力荷载采用微幅波理论模拟，护面块体之间的运动、碰撞接触以及块体内部的应力变化采用3D FEMDEM方法模拟。块体之间的接触力采用基于势函数的罚函数法计算，有限元的变形采用中心差分的显式方法求解。应用该数值模型与ANSYS软件程序对自重作用下混凝土扭王字块的内部应力分布特性进行了比较分析，验证了数值模型应力计算的可行性和计算精度。通过数值模拟计算给出了波浪作用下斜坡上护面块体之间的相对运动和块体内部的应力分布及应力历时曲线，探讨了块体内部应力变化特性。

关键词:斜坡堤；应力；3D FEMDEM；护面块体

崔  焱，姜  峰，任  冰. 波浪作用下斜坡上护面块体内部应力分布数值模拟[J]. 海洋工程，2014，32（5）:78-84.

文昌19-1N油田导管架安装技术

韩士强，魏佳广，刘吉林，李文博，高堂钧，王吉祥

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

摘  要:随着国内对海上油气进一步开发,迫切需要掌握深水导管架的安装技术。通过文昌19-1N油田导管架海上安装,介绍了该安装方法的特点、关键技术、主要施工过程及所需的设备设施；总结了导管架海上安装成功的经验教训；提出深水导管架、基盘对接安装的施工技术及环境限制条件，为今后类似工程提供借鉴。

关键词:文昌19-1N油田；导管架；安装技术；扶正；插/打桩；基盘

韩士强，魏佳广，刘吉林，李文博，高堂钧，王吉祥. 文昌19-1N油田导管架安装技术[J].海洋工程，2014，32（5）:85-92.

组合载荷作用下深海非粘结柔性管力学性能对比分析

姜  豪^1,2，杨和振^1,2

（1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240; 2.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

摘  要:建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型，分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备，安装成本低，适用于恶劣深海环境。然而，由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性，使其局部力学性能分析面临众多挑战。研究针对非粘结柔性立管特殊的结构型式，建立一个高效的数值分析模型，对其刚度进行数值求解并与实验结果进行对比，探讨了内压和拉伸、扭转、弯曲的组合载荷工况和拉扭组合载荷工况对非粘结柔性立管刚度的影响。研究表明，本文所建立的简化模型计算结果与实验结果吻合较好。此外，柔性立管所受到的内压可以在一定程度上增加非粘结柔性立管的刚度；拉扭组合载荷工况使非粘结柔性立管的拉伸刚度降低明显，而使其扭转刚度少量增加，总体上较单一载荷工况更加危险。

关键词:非粘结柔性立管；组合载荷；深海；静力分析

姜  豪，杨和振. 组合载荷作用下深海非粘结柔性管力学性能对比分析[J]. 海洋工程，2014，32（5）:93-99.

深水钢管脐带缆安装下放过程研究

刘志龙，李  英，丁鹏龙

(天津大学 建筑工程学院水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津 300072）

摘  要:钢管脐带缆是深水海洋石油开发中的重要结构，在深水中的安装面临着巨大的挑战。数值模拟可为钢管脐带缆在深水中安装提供理论基础。针对某钢管脐带缆在1 500 m 水深的安装下放过程进行了有限元分析。充分考虑了钢管脐带缆螺旋构件在安装下放过程中的接触、挤压、摩擦和滑移等复杂的非线性问题，并校核内部主要构件的强度。提出可以通过优化钢管脐带缆的横截面及改善内部构件材料的方法来克服钢管脐带缆在深水中安装存在的问题。

关键词:钢管脐带缆；安装下放分析；接触摩擦；强度校核

刘志龙，李  英，丁鹏龙. 深水钢管脐带缆安装下放过程研究[J]. 海洋工程，2014，32（5）:100-106.

深水SCR触地区管-土相互作用试验研究进展

白兴兰^1,2，姚  锐²，段梦兰¹, 李  强²

（1.中国石油大学（北京） 海洋油气研究中心，北京 02249；2. 浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，舟山 16004）

摘  要:与海床的相互作用是钢悬链线立管特有的性质，是传统立管发展中不曾遇到的问题，也是控制立管疲劳寿命的主要因素，特别是触地区出现的峰值弯曲应力和管土接触模型的不确定，成为SCR触地区研究的难点。由于立管与海床的作用机理非常复杂，因此管土相互作用模型的提出大多是建立在模型试验的基础上。通过对国内外深水SCR触地区管土相互作用试验研究案例的分析，简要介绍了SCR触地点的动态响应取决于一系列参数，如海床土刚度、加载状况、立管的提升速度、土的重塑时间和土吸力等，并设计了一套三维管-土相互作用的试验装置，能够为深水钢悬链线立管触地区管-土相互作用的试验研究提供参考。

关键词:钢悬链线立管；触地点；模型试验；动态响应；疲劳分析

白兴兰，姚  锐，段梦兰,李  强. 深水SCR触地区管-土相互作用试验研究进展[J]. 海洋工程，2014，32（5）:107-112.

海洋平台油气火灾爆炸机理及其结构响应特性研究进展

魏超南，陈国明，朱  渊，刘  康

（中国石油大学（华东） 海洋油气装备与安全技术研究中心，青岛 266580）

摘  要:火灾、爆炸等重大灾害条件下海洋平台结构风险评估涉及众多学科和研究领域，一直是国内外学者关注的热点问题。从试验、爆炸模型和火灾/爆炸平台结构载荷与结构响应研究等方面，综述近年来国内外在海洋平台油气火灾、爆炸机理及其作用下平台结构力学行为及响应特性研究方面的现状与最新进展，评述这些进展的科学性与局限性，指出海洋平台环境条件下火灾/爆炸机理及其对平台结构影响研究的特点以及存在的问题，并展望海洋工程重大灾害及结构风险研究领域的热点问题和发展趋势。

关键词:海洋平台；火灾/爆炸；机理；响应特性

魏超南，陈国明，朱  渊，刘  康. 海洋平台油气火灾爆炸机理及其结构响应特性研究进展[J]. 海洋工程，2014，32（5）:113-122.