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海工钢管桩打桩过程横向焊缝疲劳损伤评估及影响因素分析
| 论文题名： | 海工钢管桩打桩过程横向焊缝疲劳损伤评估及影响因素分析 |
| 关键词： | 海工钢管桩;横向焊缝;疲劳问题;损伤机制;S-N曲线法 |
| 摘要： | 钢管桩基础具有强度高、自重轻、施工速度快、制作运输方便等独特优势，正越来越多地在大型海洋工程结构中得以应用。海工结构多地处开阔水域，自然条件复杂，钢管桩基础的疲劳强度设计是结构设计中的重要一环。现存规范中仅仅要求对海工钢管桩在使用期受环境荷载及操作荷载作用下的疲劳损伤进行分析。近年来一些学者的研究表明，海工钢管桩在打桩过程中可能遭受较大的疲劳损伤，在某些情况下甚至会超过使用期的疲劳损伤。海工钢管桩往往需要在现场接桩，相邻管节通过横向焊缝连接起来。横向焊缝处的缺陷及应力集中严重影响钢管桩的疲劳强度及寿命。然而目前对于海工钢管桩打桩过程横向焊缝疲劳问题的研究还不够成熟。 本文首先详细探讨了海工钢管桩打桩过程横向焊缝疲劳评估的S-N曲线方法，具体说明了打桩过程桩身热点应力历时曲线的计算方法和热点应力历时曲线的循环计数方法以及热点S-N曲线的选取。随后，本文采用某大型深水码头作为实例，具体分析了打桩土阻力、锤击效率、锤垫厚度、应力集中效应等若干因素对海工钢管桩打桩过程横向焊缝疲劳损伤的影响，并就实际打桩过程中如何控制和减小疲劳损伤给出了建议。 断裂力学方法直观地描述了疲劳裂纹的扩展过程，综合体现了材料及荷载等因素的影响。然而现有文献中未见断裂力学方法在海工钢管桩打桩过程疲劳损伤评估中的应用。因此，本文对海工钢管桩打桩过程横向焊缝疲劳损伤评估的线弹性断裂力学方法进行研究，着重探讨了海工钢管桩及其在打桩过程中的受力特点，以及横向焊缝外部环向表面裂纹的应力强度因子和裂纹形状系数的选择。随后，本文结合具体工程实例，基于提出的线弹性断裂力学方法，分析了若干因素对钢管桩打桩疲劳损伤的影响，特别研究了环向表面裂纹初始深度对钢管桩打桩期间裂纹扩展过程的影响。 本文研究成果增进了对海工钢管桩横向焊缝疲劳损伤机制的认识，对于推进和发展海洋工程结构基础科学设计、施工与维护等具有一定实际意义。 |
| 作者： | 张一博 |
| 专业： | 水利工程;港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 李怡 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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