风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

非均质地基中V-T联合受荷桩承载力分析

为探讨非均质地基中V-T联合受荷桩的承载特性,考虑地面处桩周土体剪切模量为非零值且随深度呈幂函数分布,计入桩-土接触面处位移非协调性及加载顺序的影响,基于剪切位移法和桩身荷载传递函数建立桩身位移控制方程,并引入相应力和位移边界条件,导出桩周土体在不同受力状态下桩身的内力位移解析解,进而推导出不同加载顺序下V-T联合受荷桩的承载力,从而得到其承载力包络图。V-T联合受荷桩参数分析结果表明:桩身承载力随长径比L/D增大而增大,而随桩侧土体剪切模量与极限摩阻力分布常数比n、桩土弹性模量比λ增大而减小;桩顶所受扭矩T不断增大时,其能承受的竖向力V随之变小并最终趋于零,且T→V承载力包络线始终处于V→T承载力包络线内侧。     

锥型组合桩竖向承载力模型试验研究北大核心CSCD

阶梯型变截面桩竖向承载力大,但其在变径处应力集中现象明显,限制了该桩型的适用范围,为减轻其在变径处的轴力突变,将水平变截面设置为一定倾角,形成锥型组合桩。为了摸清该新桩型的竖向承载性能,基于室内模型试验对锥型组合桩在竖向荷载作用下的力学响应进行测试,并与传统等截面桩、阶梯型桩进行对比,揭示锥型组合桩的竖向承载机理。模型试验依据相似理论进行设计,在试验中保持三种桩型的体积近似相等,竖向荷载采用分级加载,获取桩顶沉降曲线以及桩身轴力分布。研究结果表明:(1)等截面桩的竖向承载力最小,阶梯型桩的竖向承载力居中,锥型组合桩的竖向承载力最大;(2)等截面桩的轴力随深度增大近似线性减小,阶梯型桩在截面变小处轴力发生突变,产生应力集中,锥型组合桩在上下两个截面变化处轴力未发生显著突变,在下变截面处往下一定位置产生轴力极大值,轴力分布较为均衡;(3)等截面桩侧阻力占比随荷载增大急剧减小,阶梯型桩侧阻力占比随着荷载非线性变化,锥型组合桩侧阻力占比稳定在55%左右;(4)锥型组合桩既可以发挥阶梯型桩承载力大的优点,又可以克服阶梯型桩在变截面处的轴力突变问题,竖向承载力大于阶梯型桩,具有良好的工程应用价值。     

非均质软基上桶形基础承载性能有限元分析

作为海洋平台的基础部分,桶形基础不仅承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及力矩等其它荷载分量的作用.因此,确定软基上桶形基础在竖向荷载(V)、水平荷载(H)和力矩(M)等共同作用下的承载特性,建立其在复合加载模式下的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性,是...     

大直径变截面钢管复合桩竖向承载性能研究∗

为了研究大直径变截面钢管复合桩竖向承载性能,选取鱼山大桥37#桩开展了自平衡试桩试验,并利用数值模拟软件ABAQUS对实际工况进行模拟,在验证了数值模型正确性的基础上对模型施加桩顶竖向荷载,分析了其桩身轴力与钢管应力传递规律,并通过改变变截面位置参数建立不同工况模型,分析了变截面位置对桩基竖向承载性能的影响。研究结果表明:自平衡试桩试验Q-s曲线没有突变较为平缓,经计算该桩单桩承载力为120 056kN,为单桩设计桩顶最大竖向荷载38 212 kN的3.14倍,桩基足够安全;数值模拟结果与实测较为吻合,数值模拟方法以及参数选取得当;变截面位置以上桩身轴力减小较缓,变截面处桩身轴力存在突变,变截面以下桩身轴力减小较快,桩端有端阻力存在,钢管处于弹性变形阶段并未屈服;变截面位置以上桩段越长桩基抵抗竖向变形能力越强,但生产实际中应考虑材料用量以达到最优。     

大直径群桩基础承载特性现场试验及数值模拟

大直径群桩基础具有承载力高的特点,在软土区大型工程基础中具有广阔的应用前景。基于某桥梁群桩基础工程的单桩现场竖向静载试验数据,运用ABAQUS试算拟合土体参数,运用所得土体参数对基桩水平荷载作用下的承载特性进行计算和分析,并对承台-群桩基础在竖向和水平荷载下的承载特性进行了研究。研究表明：当最大竖向荷载作用于承台-群桩基础时,承台最大位移为84.83 mm,按照位移控制原则计算得到群桩效应上限值为83%,下限值约为62.8%;竖向荷载作用下群桩中各桩的沉降值存在差异,中心桩最大,其次是边桩,角桩沉降最小,且随着荷载的逐渐增大,角桩与边桩和中心桩位移差量呈现出先增大后减小的变化趋势;最大水平荷载作用于承台-群桩基础时,基础水平位移水平影响范围约为1.5倍承台边长,最大影响深度约为1.5倍承台边长。桩间土体在地表以下0.5倍承台边长范围内呈现出拉-剪应力状态。对群桩在水平和竖向荷载作用下承载特性的分析及其相关结论,可为相关工程设计借鉴。     

冲刷作用下两种不同直径的单桩基础循环加载特性∗

海上风电大直径单桩基础长期承受来自环境效应的循环荷载以及海床的冲刷作用，冲刷条件下的水平受荷单桩的循环加载特性是海上风电桩基础设计关注的内容。开展了砂土中大直径和小直径单桩基础冲刷条件下长期循环加载的模型试验，探讨了冲刷深度和循环加载幅值对两种基础形式长期承载变形特性的影响。试验研究表明：砂土中循环加载提高了循环后的单桩承载力，其中小直径桩循环后的水平承载力提高更为显著。冲刷导致循环后的单桩承载力下降，随着冲刷深度增加该效果越明显。在循环加载初期，小直径桩残余累积变形的增加速度小于大直径桩。循环次数大于1 000次冲刷深度为2倍桩径条件下，小直径桩的累积变形趋于稳定，大直径桩的累积变形仍继续发展。通过在无量纲循环加载幅值参数中引入冲刷深度对承载力的影响，建立了冲刷条件下两种不同直径桩基的水平循环累积位移计算模型，适用于考虑冲刷影响的单桩长期水平循环累积变形预测。     

黏土地基上吸力式沉箱基础的三维破坏包络面研究

作为新型的深水海洋基础形式,吸力式沉箱基础不仅要承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往承受波浪等所产生的水平荷载及力矩荷载分量,其承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键技术问题,但目前这种新型基础的工作性能评价与设计理论远远不能满足工程实践的需要。为此,本文以大型通用有限元分析软件ABAQU S为平台,数值实现基于位移控制的Sw ipe试验加载方法,分析了完全不排水条件下不同的水平荷载作用点吸力式沉箱基础的承载特性及V-H破坏包络面。同时,对完全不排水条件下吸力式沉箱基础在垂直上拔荷载V、水平荷载H和力矩M共同作用下的承载特性进行了三维有限元分析,数值实现了荷载-位移控制搜寻方法,确定了复合加载作用下吸力式沉箱基础的V-H-M三维破坏包络面。     

高喷插芯组合群桩竖向承载特性的数值分析

高喷插芯组合桩(简称JPP)是一种新型的复合材料桩,具有承载力高、造价低等优点。利用岩土工程专业软件FLAC3D对JPP群桩竖向承载特性进行了数值模拟分析,讨论了桩数、桩间距、桩长、不同组合形式、不同水泥土弹性模量等对竖向承载特性的影响。结果表明:承载力随着桩数的增加而减小,但16根群桩与25根群桩的承载力相差不多,16根群桩承载力可以代表16根以上群桩的承载力;桩间距越大,承载力越小,桩间距宜采用3倍的JPP组合桩径或4倍的芯桩桩径;承载力随着桩长的增加而增加;分段组合形式承载力效果较好,实际工程施工中宜采用之;水泥土弹性模量对竖向位移没有影响,但水泥土弹性模量越大,芯桩轴力越小。     

倾斜荷载下裙式吸力基础抗拔承载力模型试验研究∗

开展室内模型试验,研究倾斜荷载作用下裙式吸力基础的承载特性。探讨基础裙结构尺寸、加载角度、加载速度等因素对倾斜荷载作用下裙式吸力基础荷载?位移关系曲线以及抗拔承载力的影响,研究加载过程中主桶和裙结构内吸力变化规律。试验结果表明：倾斜荷载作用下,裙式吸力基础抗拔承载力随着裙宽和裙高的增大逐渐增大,随着加载速度的增大逐渐增大。另外,随着荷载作用方向与水平方向角度的不断增大,裙式吸力基础抗拔承载力有所降低,主桶和裙内吸力均增大。     

轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙平面外受力性能试验

本文提出了一种轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙,是由内部嵌入钢筋的尾砂微晶发泡板与轻钢龙骨组合而成。为研究其风吸或风压作用下弹性变形性能以及平面外受弯破坏全过程,进行了8个轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙足尺试件的单向加载试验。试件参数包括组合墙高度、发泡板强度、嵌入发泡板的钢筋直径、发泡板是否带釉面、发泡板是否复合轻质砌块。每个试件均进行3个工况的加载,前两个工况模拟风吸作用,加载至试件外表面产生裂缝;第三个工况模拟风压作用,加载至试件破坏。采用门式加载架,悬吊试件实现简支,通过简支分配梁将集中荷载分成与试件八点接触加载,各加载点设置球铰支座。研究表明:轻钢龙骨与发泡板有良好的平面外共同工作性能;采取增大组合墙截面高度、提高发泡板材料强度、发泡板设置釉面层、发泡板复合粉煤灰砌块的构造措施,均可提高组合墙的平面外受力性能,复合粉煤灰砌块对提高试件平面外承载能力效果最为显著;利用截面换算方式对组合墙板平面外极限承载力进行计算,计算结果与试验符合较好。结合试验数据及外围护墙板的风荷载计算公式,计算出组合墙的极限风荷载值,为该组合墙的设计及工程应用提供了参考。     

扩底桩桩侧土水平抗力的分布特性

桩侧土的水平抗力是计算桩基水平承载力的重要因素。本文对扩底桩基础桩侧水平抗力特性进行研究。制定模型试验方案,进行扩底桩水平加载室内模型试验。整理模型试验加载数据获得扩底桩在水平荷载作用下的桩顶加载位移曲线、桩侧土抗力、桩底土抗力的分布曲线等重要数据,分析各数据获得扩底桩桩侧土水平抗力的分布规律。通过有限元软件模拟不同桩长、扩底尺寸的扩底桩承受水平荷载时的加载情况,通过对数值模拟结果的分析获得扩底桩受水平荷载作用时的受力变形特性,研究不同尺寸参数对扩底桩水平受力特性的影响情况。研究表明,桩长越短越有利于发挥扩大头的嵌固作用。根据对桩底扩大头处土抗力分布曲线的分析研究扩大头的嵌固力作用,进而提出扩大头嵌固力的计算方法。     

软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基工作状态分析

软土场地碎石桩因具备桩体侧向变形大、超孔隙水压力消散慢的问题,导致出现基础沉降大、土体固结排水速度慢等工程病害。路堤下采用加筋碎石桩复合地基是处理软土场地的主流方法。本文采用二维有限元方法,建立考虑路堤填筑过程的软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基数值模型,探讨了加筋碎石桩复合地基承载力的影响因素。基于达西定律和比奥固结理论,分析高地下水位场地条件下加筋体刚度和桩数对加筋碎石桩复合地基工作状态的影响规律。研究表明:增大褥垫层厚度和减小褥垫层模量均能够提高桩土应力比,改善桩顶应力集中的问题。与传统碎石桩相比,高地下水位条件下加筋碎石桩复合地基中超孔隙水压力消散速率快,桩数增加可以有效提高复合地基排水速率。     

饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩动力响应规律研究∗

为研究饱和砂土场地地震液化情况下直斜群桩水平动力响应规律,使用浙江大学ZJU400土工离心试验设备进行了饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩的离心机振动台模型试验,通过两组试验分别对于不同土层处的加速度时程以及孔压比进行分析。同时,结合饱和砂土的液化情况,分别针对2×2高承台直斜群桩在振动过程中承台水平动力响应以及桩身弯矩峰值的变化进行了对比分析。试验结果表明:随着振动强度的增大,饱和砂土层液化深度逐渐增加,尤其在近桩位置土层孔压比变化更为明显;直群桩承台水平加速度峰值在一定范围内出现了放大的现象,而斜群桩承台则基本未发生此显现;随振动强度的增加桩身弯矩峰值分布发生较大变化,其变化情况与饱和砂土液化有着较为密切的关系,在0.05g和0.1g工况下斜群桩桩身弯矩峰值明显小于直群桩,而0.3g工况时斜群桩桩身弯矩峰值出现了显著增加的现象并超过了同工况下直群桩情况。     

裙板式条形基础在黏性土中的承载力分析

饱和黏性土上的浅基础常会面临地基承载力不足的问题,常规的方法是采用深基础或进行地基处理,往往增加了不必要的造价。此时如果能寻找到一种具有更高承载力的浅基础,将能有效解决这类问题。受到国外海上平台使用裙板式基础的启发,提出一种裙板式条形基础。通过设置竖向裙板将有效约束基底土的剪切滑动,从而显著提高极限承载力。采用有限元建立了黏性土上裙板式条形基础的计算模型,通过数值模拟对比分析了裙板式基础和实体基础的承载力和破坏模式。分析表明,裙板式基础拥有相同高度的实体基础的承载力,但更节省材料、施工更简便。通过理论分析,推导出裙板式条形基础在黏性土中的承载力计算公式,并对比验证了公式计算结果的准确性。     

吸力式桶形基础多桶组合结构承载力特性研究

海洋采油平台结构中一般采用多桶组合基础型式,然而迄今对多桶组合结构尚缺乏理论分析和实验研究。本文针对我国第一座吸力式桶形基础采油平台CB20B,基于单桶基础在复合加载模式下的承载力特性,建立了双桶、四桶组合基础的三维有限元数值计算模型,探讨了对称多桶基础结构与单桶基础结构的承载力特性之间的相互关系,阐述了不同桶间距的多桶组合结构地基破坏机制,为工程设计提供参考依据。