基于压磁效应的锈蚀钢筋应力状态检测试验研究

钢筋锈蚀是严重威胁结构安全的耐久性问题,基于压磁效应,研究均匀锈蚀和坑蚀两种锈蚀钢筋的应力状态与压磁场变化的关系。首先,采用通电加速锈蚀方法进行钢筋均匀锈蚀和点蚀试验;然后,通过轴向拉伸静载试验和疲劳加载试验,分析锈蚀钢筋的压磁信号特征。试验结果显示,磁感强度与钢筋应力状态之间具有较好的对应关系,屈服阶段不同锈蚀率下的钢筋磁感强度曲线有较明显区别,疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的法向残余磁感强度和磁滞回环面积均呈现疲劳三阶段变化规律,可进一步运用于钢筋应力状态的检测中。     

沿海地区混凝土结构的钢筋锈蚀与防护

由Cl^-引发的钢筋锈蚀是导致沿海地区混凝土结构破坏的主要因素。论述了Cl^-的侵入过程及其去钝机理,分析了钢筋的电化学锈蚀机理和锈蚀破坏的四个阶段,介绍了保护钢筋的基本措施与附加措施。     

C60全珊瑚海水混凝土的钢筋锈蚀行为研究

采用线性极化电阻法,测试了C60全珊瑚海水混凝土（coral aggregate seawater concrete,简称CASC）的线性极化曲线、自腐蚀电位（E_corr）和极化电阻（R_p）,研究了不同暴露时间、不同种类钢筋CASC的钢筋腐蚀行为,提出了提升岛礁CASC结构耐久性的建议措施。结果表明：随着暴露时间的延长,CASC的E_corr和R_p均逐渐降低,钢筋的耐蚀性能逐渐减弱。不同种类钢筋CASC耐蚀性能规律为：316不锈钢筋优于有机新涂层钢筋,优于普通钢筋。即使暴露0 d,CASC中普通钢筋仍会发生锈蚀,表明普通钢筋在不附加任何防腐措施的条件下不适用于岛礁CASC结构。综合分析阻锈效果和成本因素,316不锈钢筋的性价比明显低于有机新涂层钢筋,建议岛礁CASC工程优先选用有机新涂层钢筋。     

基于压磁效应的锈胀开裂混凝土梁疲劳性能试验研究

开展了5根锈胀开裂钢筋混凝土梁疲劳试验并实时记录了梁表面的钢筋压磁信号,研究锈胀开裂混凝土梁的疲劳特性和压磁信号演化规律。结果表明梁疲劳寿命随钢筋锈蚀率增大而急剧减小,梁破坏时混凝土剥落,纵筋发生疲劳断裂;磁信号时变曲线随疲劳进程不断演化,在临近疲劳破坏时曲线形态发生明显畸变,能够反映梁疲劳损伤信息;磁感应强度变化幅值的发展符合三阶段特性,在疲劳初期和破坏前增长明显;磁感应强度变化幅值对钢筋锈蚀敏感,随锈蚀率增加而增大,因此建立了疲劳作用不同阶段磁信号幅值和梁内钢筋锈蚀率的相关关系。     

海洋平台结构系统的疲劳可靠性研究

本文综合运用概率统计学理论、结构的疲劳损伤机理和失效树理论,提出了可通用于各类海洋平台结构系统疲劳可靠性评价的误差截断分析法,通过海洋平台实例验证了方法的通用性和可靠性。     

半潜平台疲劳热点应力长期分布参数研究

明确热点应力长期Weibull分布的参数是船舶与海洋工程结构应用疲劳简化分析方法的关键之一。以某深水半潜式平台为研究对象,通过整体结构有限元计算得到热点应力传递函数,结合波浪散布图计算热点应力长期分布概率函数,采用最小二乘法对热点应力长期Weibull分布进行参数估计。研究结果可为疲劳简化分析方法在半潜平台上的应用提供参考。     

基于谱分析LNG船典型热点疲劳可靠性分析

研究LNG船在疲劳载荷作用下应力热点的疲劳可靠性。通过整船有限元分析得到不同浪向角规则波中各热点的应力频响函数,用谱分析法确定各热应力点在各短期海况下的应力范围模型,进而通过长期预报,用Weibull分布对各热点应力范围分布模型进行拟合并探讨热点型式和受载特性对参数变化的影响。基于线性累积损伤理论,利用S-N曲线计算各热点的疲劳累积损伤值并建立极限状态方程,评估LNG船舯部典型热点的疲劳可靠性和结构的疲劳安全性。针对不同热点讨论了应力范围长期分布函数—Weibull分布参数的取值对典型热点可靠性指标的影响,并给出典型热点目标可靠性指标和长期应力范围极值之间的关系以用于指导设计和安全性评价。     

波浪作用下开孔沉箱疲劳与承载能力研究

开孔沉箱孔洞周围存在以三轴循环应力为特征的复杂承载区,其中混凝土损伤速度远大于单轴应力条件,局部疲劳损伤快速累积使结构整体承载能力迅速下降。考虑迎浪面入射波浪与消浪室内反射波浪的循环作用,针对开孔区域复杂应力状态下的疲劳损伤问题,基于不可逆损伤力学发展的数值计算方法模拟开孔板疲劳过程,得到循环荷载作用下不同类型开孔板的损伤演化历程,并计算损伤后整体结构极限承载力大小,通过综合对比孔洞损伤发展规律和结构极限承载能力,建立了疲劳作用下开孔沉箱极限承载能力判断依据。现有规范依据设计使用年限、波浪条件、作用效应组合等确定材料与结构强度,但并未充分体现开孔结构的优势与承载特点,在此基础上文中补充了开孔结构的优化设计以及实际寿命判断。     

循环荷载作用下基础阻尼变化对海上风机单桩基础疲劳寿命的影响分析

在长期风浪循环荷载作用下,海上风机单桩基础的基础阻尼会发生变化,疲劳寿命受到影响。对于此问题,目前还缺乏足够的研究。本文针对砂性土中海上风机单桩基础,基于Abaqus软件平台建立其疲劳损伤分析模型,桩-土相互作用采用非线性弹簧模拟,风和波浪荷载由FAST程序分别基于Kaimal谱和Jonswap谱计算,最后采用S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原则计算单桩基础在风机运行和停机等不同工况下的疲劳损伤和疲劳寿命。结果表明:基础阻尼由2%减小到0.5%,海上风机单桩基础的疲劳寿命从27.3年减少到17.7年。在停机状态下,基础阻尼的减小对海上风机单桩基础的疲劳寿命的不利影响更为显著。在设计使用期内,额定风速附近工况导致的疲劳损伤较大。在海上风机单桩基础疲劳设计时,考虑长期循环荷载作用下基础阻尼减小的不利影响是非常有必要的。     

系泊链海水疲劳性能初步研究

通过试验研究了直径最大到187 mm的R4和R4S级系泊链在人工海水中的疲劳性能。根据疲劳试验得到了相应载荷振幅下的疲劳循环次数,并将结果和DNVGL OS-E301及API RP 2SK中的设计曲线进行了比较和分析。通过链环有限元计算,结合实际试验结果,验证了链环在拉伸载荷下的应力分布和断裂热点,为进一步分析系泊链疲劳失效机理和海洋平台系泊系统设计提供了有效的试验数据。     

深水半潜式平台结构关键节点疲劳破坏机理试验研究

深水半潜式平台结构在深海环境荷载及作业动荷载的作用下容易产生疲劳损伤累积,加速疲劳裂纹扩展,导致结构发生疲劳破坏。对深水半潜式平台横撑部位的两类关键节点进行了疲劳试验研究,分析了关键节点的疲劳破坏现象、疲劳破坏过程以及疲劳裂纹扩展规律。试验结果表明:应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算关键节点的疲劳寿命低于试验所得的疲劳寿命,说明应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算节点的疲劳寿命比较安全;根据疲劳试验结果建立的关键节点的S-N曲线参数与DNV规范给出的较为吻合;关键节点焊趾处的ε-N关系曲线可以反映出关键节点疲劳破坏的三个阶段破坏规律。研究结果为有效地预测平台结构关键节点的疲劳损伤程度,及时进行维修加固延长结构的使用寿命提供参考。     

Cross-Flow VIV-Induced Fatigue Damage of Deepwater Steel Catenary Riser at Touch-Down Point简

A prediction model of the deepwater steel catenary riser VIV is proposed based on the forced oscillation test data, taking into account the riser-seafloor interaction for the cross-flow VIV-induced fatigue damage at touch-down point （TDP）. The model will give more reasonable simulation of SCR response near TDP than the previous pinned truncation model. In the present model, the hysteretic riser-soil interaction model is simplified as the linear spring and damper to simulate the seafloor, and the damping is obtained according to the dissipative power during one periodic riser-soil interaction. In order to validate the model, the comparison with the field measurement and the results predicted by Shear 7 program of a full-scale steel catenary riser is carried out. The main induced modes, mode frequencies and response amplitude are in a good agreement. Furthermore, the parametric studies are carried out to broaden the understanding of the fatigue damage sensitivity to the upper end in-plane offset and seabed characteristics. In addition, the fatigue stress comparison at TDP between the truncation riser model and the present full riser model shows that the existence of touch-down zones is very important for the fatigue damage assessment of steel catenary riser at TDP.     

海冰弯曲强度及其破坏过程的试验研究

为确定海冰温度、卤水体积等因素对海冰弯曲强度的影响,本文对辽东湾东岸海域的平整冰进行了现场取样,并在试验机压头加载速率为0.1 mm/s的情况下进行了三点弯曲试验.试验结果表明,海冰试样在-35～-5 ℃温度范围内呈现出三种不同的破坏模式,主要表现为海冰弯曲断裂时裂纹形状的差异.当温度在-15～-10℃之间时,海冰试样...     

海浪产生磁场的能量分布计算

结合前人在海浪功率谱研究以及海浪产生磁场两方面的研究,求出了海浪-磁场系统的传递函数,计算了传递函数的峰值、对应的峰值频率,分析了这些指标随高度的变化.根据理论分析,给出了感应磁场总功率的表达式和峰值频率满足的方程,指出海浪感应磁场是一个窄带随机过程.最后选择几种典型的海浪谱,计算了它们感应的磁场功率谱以及总功率、功率谱峰值、峰值频率以及等效噪声带宽.     

钢悬链线立管清管过程触底段位移变化规律试验研究

钢悬链线立管（steel catenary riser, 简称SCR）是一种优质的深水开发设备,近几年广泛用于深海环境下油气资源的开采。在浮式平台的周期性升沉运动和海浪海流的载荷作用下,立管的触底区会产生较为严重的疲劳破坏问题。为保证深海立管的高效与安全运行,清管作业是一项必要的维护手段。目前对于清管载荷作用下钢悬链线立管的位移变化规律研究比较匮乏。基于ABAQUS有限元软件和缩比试验准则,设计并开展有关清管载荷作用下钢悬链线立管的位移变化规律的缩比模型试验研究,从清管载荷的大小和作用位置等角度分别研究立管的X向与Y向的位移变化特征。研究结果表明,清管器在立管的触底段中运行并逐渐靠近触底点的过程中,清管器所在立管处的X向与Y向的位移会产生逐渐减小的趋势;当改变清管载荷的大小时,对于立管的同一位置来说,清管载荷的变化会导致立管的X向位移产生较Y向位移更加显著的变化;在清管器通过立管某一位置的前后过程中,X向位移变化呈现先增大后减小的趋势,而Y向位移仅在清管器通过该处时会有明显的减小。     

磁场梯度对Hall推力器放电特性影响的实验研究

为进一步探索Hall推力器通道内磁场优化设计理论,通过实验分析了强场区磁场梯度对推进剂的电离与加速等放电过程的影响. 研究发现,在本实验设计的磁场梯度范围内,磁场梯度大小对推进剂的电离过程影响较小,但是对离子流的加速特性会产生较为明显的影响.随着磁场梯度的增加,离子束的能量分布会趋于集中,推力器效率提高. 最后,对磁场轴向梯度进一步变大可能会引起的一系列物理问题如有限Larmor半径效应、电子传导机理转变规律和梯度漂移效应等进行了分析和思考.     

基于现场监测的抗冰平台疲劳寿命估计

基于安全寿命设计方法,根据现场监测得到的资料数据,论述了现役导管架平台冰激疲劳寿命的估算法.应用ANSYS软件建立JZ20-2MSW平台的有限元模型,计算该平台的年平均冰激疲劳损伤,从而得到剩余疲劳寿命,为平台的维修、报废等决策提供了依据.