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随着我国能源领域的发展,从海洋开采出来的石油通过海上石油运输船运往陆地。海上石油运输船的固定由单点系泊系统实现,而重力锚是海上单点系泊系统的主要锚固形式。目前关于重力锚的研究均建立在静力分析的基础上,没有考虑波浪荷载的影响。在波浪荷载作用下,重力锚周围海床土体的动力响应对结构安全产生影响。为确保重力锚在工程中的安全使用,本文以达累斯萨拉姆港口为例,基于弹塑性增量有限元方法,对波浪荷载作用下的重力锚进行了数值模拟,分析了波浪荷载下重力锚的水平承载力特性、锚周土体超孔压及塑性应变的变化规律。具体研究内容主要包括如下几个方面:1.为确保有限元分析方法的准确性,建立重力锚-海床有限元模型进行模拟,并将有限元模拟结果与前人的室内模型试验结果相对比,验证了有限元分析方法研究重力锚承载力的可靠性。由此得出重力锚的数值模拟结果比室内模型试验实测值偏大2.3%左右,在误差容许的范围内,有限元计算结果是可信的。2.通过分析单点系泊系统中的重力锚所处的海洋环境,对波浪荷载下单点系泊系统动力响应进行了研究,并在ABAQUS中建立了波浪荷载作用下重力锚-海床有限元动力响应模型,分析了波浪荷载作用下重力锚-海床模型的位移特征和重力锚承载力变化规律。结果表明:循环荷载会加大重力锚的位移,使其更容易失稳,且循环荷载对重力锚水平位移的影响大于竖向位移。重力锚在循环荷载作用下其水平承载力会下降,且在不同底质土体上其承载力下降值相差很大。3.由波浪荷载下重力锚-海床模型动力响应结果可得出海床超孔隙水压力和塑性应变变化规律。研究发现,锚底土体不同位置处的累积超孔压比均随着循环次数的增加而增大,但同一路径上的不同点超孔隙水压力变化程度各不相同,锚底土体后端边角位置超孔压变化最为显著。波浪荷载下锚周土体出现塑性应变累积,海床超孔压累积及塑性应变累积是重力锚承载力下降的主要原因。4.对波浪荷载作用下的剪力键式锚进行了有限元模拟与研究,并与平底式重力锚相对比,进而分析了剪力键对锚周土体动力响应及锚承载力的影响。通过对比可得,锚底剪力键会使循环荷载对重力锚水平承载力的影响减小,且会影响锚周土体超孔压及塑性应变的累积。