钢管桩环形焊缝应力集中系数的数值研究

钢管桩广泛应用于海港码头结构中,很多情况下钢管桩需要由多根通过环形对接焊缝连接的管节组装而成。焊接热循环过程在焊缝处残留角变形,该变形将加重焊缝处应力集中程度,大大降低钢管桩的疲劳寿命。本文首先介绍现有板-板对接焊缝角变形应力集中系数计算公式。然后,建立包含角变形钢管桩环形对接焊缝的有限元模型。基于有限元模型,揭示管径参数对应力集中系数的影响规律,探讨板-板公式在钢管桩环形对接焊缝角变形应力集中系数计算上的适用性。本文的研究结果可为工程设计提供参考。     

高桩码头变壁厚钢管桩环向焊缝应力集中系数研究

本文运用数值模拟的方法,建立非等壁厚钢管桩数值模型,通过改变过渡段长度,在弯矩作用下,得到过渡段长度对焊接位置处应力集中系数的关系,并对相应的理论公式做出修正。研究发现,在非等壁厚钢管焊缝位置处设置过渡段有利于降低焊缝位置处的应力集中系数,当钢管的直径在1 m~2.5 m之间时,应力集中系数下降幅度约为5%,当钢管直径取2.5 m~4 m之间时,应力集中系数下降幅度约为8%。说明钢管的直径越大,设置过渡段的效果越明显,该研究为进一步探析钢管桩焊接过程中的应力分布形式提供了参考,也为分析钢管桩焊缝的疲劳寿命打下基础。     

浮式平台大直径钢管锚桩疲劳分析

针对浮式平台大直径钢管锚桩疲劳设计，研究了英国标准学会、法国船级社、美国材料试验学会以及挪威等国家的相关标准或规程，详细论述了锚桩疲劳分析理论、分析流程和疲劳设计分区。采用S-N曲线法计算焊缝等级C、D下的锚桩线性累积损伤，结果表明：增加钢筋混凝土芯柱、增大钢管桩壁厚以及提高焊缝等级能有效改善锚桩抗疲劳性能。研究成果可为钢管桩疲劳设计提供一定的参考。     

钢管桩厚壁钢带对接焊缝质量分析

采用低合金钢厚壁钢带生产桩用螺旋焊管时,钢带对接焊缝最易产生缺陷.根据金塘大桥钢管桩制作过程中遇到的实际情况,分析了钢带对接焊缝成型特点,并对易出现的缺陷进行了阐述.     

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_t,并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_t的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_t,并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_t的分布规律。[结果]结果表明,K_t的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。     

钢管桩自动焊接修补装置的研制

在桩用螺旋焊接钢管的生产中,几乎每一根钢管都有一条钢带对接焊缝,螺旋焊缝也有将近5%的焊缝存在焊接缺陷,要对这么多的焊缝进行修补采用完全手工焊的方法,不仅操作工人的劳动强度大,生产效率低,而且质量不容易保证,特别是外观质量更是不能和自动焊相比。自动焊接修补装置的研制成功,很好的解决了以上问题,不仅提高了工效,而且节约了生产成本。     

外海码头大直径钢管桩打桩施工技术

近几年,外海深水码头工程在国内沿海也得到大规模建设。而作为深水码头主要承载力的桩基,普遍采用螺旋焊缝大直径钢管桩。结合绿华山海上散货减载平台工程钢管桩打桩施工情况,扼要介绍大直径钢管桩施工主要技术,包括打桩准备、工艺流程和技术措施等,并介绍了钢管桩打桩的几点体会。     

营口港某码头腐蚀与防护状况调查与分析

对营口港某码头的腐蚀与防护状况进行了调查,调查内容包括钢管桩外观状况、涂层厚度、壁厚、保护电位和阴极保护系统等。结果表明,大部分钢管桩整体状态良好,无明显的涂层破损和局部腐蚀,壁厚和涂层厚度满足要求,保护电位正常。但少部分钢管桩存在涂层的局部破损,部分钢管桩因整流器损坏或输出电流偏低导致保护电位不足。     

船体结构钢对接接头在人造海水中的腐蚀疲劳强度

介绍了采用MAG焊接的50MPa级TMCP钢在空气和人造海水中的腐蚀疲劳强度试验，试验在应力比为0．1的等幅载荷和25℃的自然腐蚀条件下进行，空气和海水中的循环速率分别为3～12Hz和0．17Hz。通过运用直流电位差的方法来测量裂纹长度，用以估算腐蚀疲劳寿命Nc。描述了S—N曲线、微小应力集中系数和对接焊缝边缘的腐蚀现象。     

桁架式服务平台桩腿疲劳寿命分析

以桁架式生活服务平台的桩腿为研究对象,基于谱疲劳分析方法,论述了桁架式桩腿疲劳计算的原理和流程.首先,使用SACS软件得到了桩腿的波浪响应函数;然后,利用SACS软件进行动力分析,得到桩腿的应力响应函数;最后,读取桩腿的应力响应函数,并输入波浪散布图、波浪谱、S-N曲线、应力集中系数等疲劳参数进行疲劳分析,得到了该平台的疲劳寿命周期.目前该平台已在中东服役4 a,状况良好,其疲劳计算的过程和方法具有参考意义.     

Stress concentration factors at welds in pipelines and tanks subjected to internal pressure and axial force

In this paper, analytical expressions for stress concentration factors in pipes subjected to internal pressure and axial force are derived for a number of design cases based on classical shell theory. The effect of fabrication tolerances in simple butt welds is assessed. Analyses based on classical mechanics are compared with results from axisymmetric finite element analyses for verification of the presented methodology. Stress concentration factors are presented for circumferential butt welds in pipes welded together from pipes with different thicknesses, welds at buckling arrestors, welds at flanged connections in pipelines, and welds at ring stiffeners on the inside and the outside of the pipes. It also includes stress concentration factors at end closures in pipes for gas storage. Larger pipes are fabricated from plates with a longitudinal weld. This fabrication process introduces out-of-roundness in the pipes. The actual out-of-roundness is a function of internal pressure. An analytical expression for the bending stress in the pipe wall due to this out-of-roundness is presented. The derived stress concentration factors can be used together with a hot spot stress S–N curve for calculation of fatigue damage.     

Stress magnification effect of initial deformation on the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints

Compared with thick plate welded joint, the welding joint of thin plate will produce initial deformation due to its low bending rigidity. The existence of initial deformation will cause the welded structure to produce secondary bending effect, which will produce greater stress magnification effect at the weld toe and seriously affect the fatigue strength of thin plate welded joints. Therefore, based on the correction formula of thick plate, considering the influence of initial deformation and geometric nonlinearity of thin plate, this paper deduces the stress magnification factor formula at the weld toe of T-shaped and cruciform specimens. The accuracy of the revised formula is further verified by comparing the notch stress calculated by the modified formula with the FE results. Finally, the modified formula is applied to the notch stress and fatigue evaluation of typical thin plate welded joints respectively. The results show that the proposed notch stress calculation formula can fully consider the stress amplification effect of thin plate structure, and can be used to quickly evaluate the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints.     

中外钢管桩内力验算方法对比

钢管桩作为一种多轴对称的钢结构,性能稳定,受力机理相对明确,在国内外港口工程中主要用于高桩码头的基础结构和板桩码头的主体结构。通过对比研究国标、欧标、美标API和美标AISC共4种国内外规范对于钢管桩内力验算方法,探究4种规范验算方法的差异性,为海外港口工程钢管桩内力验算方法选取提供参考建议。以某港口高桩墩台结构为例对比4种规范钢管桩内力验算方法,结果表明:1) AISC规范计算结果最小,即其充分考虑发挥结构的性能,偏安全。2)欧标计算的结果最大,相对保守。3)国标和API规范计算结果介于AISC规范和欧标之间。     

PHC管桩抗剪试验研究

针对国内PHC管桩在水运工程中应用广泛但受剪承载能力计算方法尚未明确统一的情况,对3根直径800 mm、壁厚110 mm的PHC800B110-5型管桩进行抗剪试验研究.通过观察受剪状态下的裂缝开展、挠度变形、破坏状态,分析剪跨段桩身最大主应力、最大剪应力和主应力角度;研究试验桩的受剪破坏过程,得到试验桩的抗裂剪力和极限剪力.从试验结果可知,管桩在开裂之后到发生破坏仍然具有一定的承载能力.     

钢管桩桩头剪力键间距优化设计

在码头和深海工程中常采用剪力键连接钢管桩与上部结构,以提高钢管桩的承载力及结构整体性。剪力键的间距是影响钢管桩桩头受力性能的重要影响因素。以桩头带两个剪力键的钢管桩为研究对象,建立8组有限元模型,利用Gebman试验报告中的试验值与数模值进行对比。结果表明:1)试验值与数模值误差较小,且变化趋势一致。2)钢管桩承载力和钢管桩桩头复合刚度随着剪力键间距的增大先增加后减小,剪力键间距介于1. 0D～1. 2D时,钢管桩整体受力性能最好。3)剪力键的最优设计间距始终在1. 0D附近,随着桩径的增加,剪力键的最优设计间距可适当减小。其研究成果为实际工程中钢管桩桩头剪力键的设计提供了重要的参考。     

船体结构角焊缝的应力分析与试验

采用焊缝强度计算理论、有限元数值分析及组合钢构件压弯试验,研究船体结构角焊缝的受力性能。对比理论分析、数值计算、模型试验的结果表明,角焊缝剪应力的理论计算方法正确,试验实测焊缝剪应力的大小及分布与理论焊缝剪应力较一致,焊缝剪应力的测定方法可靠,为焊接系数的验证研究工作打下了基础。     

后张预应力混凝土管桩分批张拉预应力损失

后张法预应力混凝土大管桩由于抗弯承载力高和成本低，在港口工程中得到广泛应用。由于大管桩张拉过程中采用多批次张拉，需要精确计算各批钢绞线张拉应力。针对大管桩分批张拉施工技术提出的计算方法可以求解预应力筋的施工控制张拉力，使得每根预应力筋张拉一次即可，无需反复调整张拉力。根据不同张拉顺序的方案，计算出张拉顺序对构件应力和变形的影响，应用于预应力施工方案的优化设计。     

钢桩潮差段防腐处理专用设备

随着国内和国际航运业的发展,大直径钢管桩应用越来越广泛。但由于目前水下干施工作业专业设备研制的滞后而难以进一步开展钢桩锈蚀后的二期修复工作。针对这一空白,结合实际工程设计,研制了水下钢管桩防腐修复专业设备。该设备具有结构合理、易于操作、施工效率高等优点,可为今后相关类似工程提供经验。     

Stress concentrations at butt welds in pipelines

This is a technical note that is written to correct a mistake made by the author and to add some significant information to an already published paper in Marine Structures 2008. An additional assessment of analysis result is used to enhance and substantiate conclusions on stress concentration at weld root in pipeline welds resulting from fabrication tolerances.