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。     

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。     

雪花形钢板桩桩身变形影响因素研究∗

雪花形钢板桩是一种新型异型桩,为研究其在荷载作用下桩身变形特征,开展了雪花形钢板桩桩身变形数值模拟与室内模型试验研究,采用有限差分软件FLAC 3D 构建雪花形钢板桩数值分析模型,并与室内模型试验结果进行对比,验证了数值模型建立的合理性;同时研究了雪花形钢板桩翼缘数量、腹板(翼缘)厚度、腹板(翼缘)长度、桩长和钢板弹性模量对桩身变形的影响。结果表明：在竖向荷载作用下,雪花形钢板桩桩身应变随着深度增加而减小;增加雪花形钢板桩翼缘数量可以减小最大受力及改善桩体受力的均匀性;在相同条件下,雪花形钢板桩桩身应变随着腹板(翼缘)厚度增大而减小,随着腹板(翼缘)长度增大而减小,随着钢板弹性模量的增大而减小;随着桩长增长,距桩顶相同位置处的桩身应变不断增大,但最大应变大小一致发生在桩顶处。     

上砂下黏地层中桩‑筒复合基础V‑H承载特性∗

海上风机基础不仅受自重等竖向力V 作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V?H 组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V?H 组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V?H 承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS 建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明：桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在（0.4~0.7）Vult范围内变化。     

桩顶荷载对桩基负摩阻力特性的影响

比较了在桩顶荷载作用下的负摩阻力特性与无桩顶荷载时的差异,指出不考虑桩顶荷载的中性点位置最低,下拽力最大。分析结果表明,当有桩顶荷载作用时,中性点的位置明显高于无桩顶荷载时,下拽力也明显小于无桩顶荷载时,而且随着桩顶荷载的增加,中性点上移和下拽力减小的趋势也很明显;桩顶荷载较小时,负摩阻力对于桩基沉降的影响基本上是线性的;在桩顶荷载作用下,长桩比短桩的中性点位置和下拽力的变化都小些,这对桩基负摩阻力特性的研究是有益的。     

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境(台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等)下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明:1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。     

局部冲刷下砂土中桩‑盘复合基础H‑T联合承载特性∗

海上风机基础工作时既承受复杂组合荷载作用,也受波流冲刷影响。单桩?摩擦盘复合基础同时结合了单桩与重力式基础的特点,摩擦盘还可起防冲板作用。为探讨砂土地基中 H?T 联合作用时局部冲刷对这种复合基础承载特性的影响,首先基于室内水槽试验装置,完成了一系列模型载荷试验;获得了冲刷前后桩?盘复合基础的荷载位移曲线,经无量纲化处理与曲线拟合,获得 H?T 联合受荷桩?盘复合基础的承载包络线及其简化计算公式。然后,采用有限元细化分析了主要冲刷参数（冲刷深度、冲刷宽度、冲刷角度）及加载点高度对复合基础承载特性的影响,结果表明：冲刷坑的存在使复合基础的横向及扭转抗力明显降低,削弱程度分别可达 25% 及 45%;进一步分析表明,桩身弯矩值随加载点高度的增加而显著增大,随预加扭矩的增加呈下降趋势;局部冲刷会明显削弱复合基础的承载力,同时 H?T 联合作用时相应的承载力包络线向内发生不同程度的收缩;其中,冲刷深度的影响最大,对横向抗力与扭转抗力的削弱程度分别可达约 35% 及 60%,冲刷角度次之,冲刷宽度的影响最小;此外,不同加载路径下桩?盘复合基础承载力包络线呈现一定程度的差异。     

考虑径向温度效应的能源桩荷载传递分析方法研究

针对能源桩受温度作用影响时的承载特性难以量化,提出考虑径向温度效应的荷载传递法对能源桩热-力耦合作用下的受力特性进行研究,评估温度变化对能源桩的影响,研究桩身轴力、桩侧摩阻力的分布状态,并以昆山能源桩的现场测试为依托,验证了本文方法的可行性。计算结果表明,温度作用对能源桩桩身应力应变状态有显著影响,当桩体受极限荷载与温度作用时,侧阻力发挥的作用几乎不大,在降温作用下能源桩桩顶会产生残余变形,因此在能源桩设计时应以降温作用时的沉降值为标准进行折减,考虑能源桩的设计承载力。     

冷‑热不平衡热荷载下黏土地基中能量桩长期热‑力学特性∗

建立了热-渗流-力(T-H-M)三场耦合能量桩有限元数值分析模型,研究了力学荷载组合不同热聚集度(桩的放热量与吸热量之比)温度荷载下黏土地基中能量桩的长期热-力学特性,包括桩身温度、桩头沉降、桩身轴向应力、 地基土温度和超孔隙水压力特性等。计算结果表明：冷-热平衡时桩头沉降随温度荷载循环的增加逐渐增大,桩头发生沉降累积,桩身轴向应力和地基土温度变化的幅值不随温度荷载循环而变化。当桩的放热量大于吸热量时, 桩身温度随温度荷载循环的增加而升高,桩头沉降随之减小,但热荷载循环对桩身轴向应力没有影响。桩周土温度随热循环的增加而逐渐增大,产生热聚集现象。温度荷载的热聚集度数值越大,桩身和桩周土的温度越高,桩身最小压应力越大,桩头沉降越小。温度荷载引起的超静孔隙水压力数值很小。     

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...     

火灾中植筋连接构件的抗火性能试验研究

为研究火灾中植筋连接构件的抗火性能,进行了35个化学植筋试件在不同温度下(25～200°C)的拉拔试验以及12个植筋连接混凝土构件的受火试验。拉拔试验重点研究了植筋胶的粘结力随温度变化的规律,以及不同温度下植筋胶的粘结—滑移关系,结果表明:随着温度升高,植筋胶的粘结力显著下降。植筋构件的受火试验中,考虑了植筋深度(15d,20d,d为钢筋直径)和保护层厚度(25、40、60mm)两种影响因素。首先对6个试件按ISO834标准升温曲线升温(荷载为常温下植筋构件设计承载力的10%),到指定时间后,加载至构件破坏失效,结果表明:植筋深度和保护层厚度对火灾中植筋连接构件的极限承载力均有重要影响。其后进行了6个构件的恒载升温试验(荷载为常温下常规植筋构件设计承载力的80%),直至构件破坏,结果表明:当保护层厚度小于40mm时,植筋深度和保护层厚度对耐火极限均有重要影响;当保护层厚度大于40mm时,对耐火极限的影响植筋深度要大于保护层厚度。     

汶川地震大型高速远程滑坡力学机理及控制因子分析

根据汶川地震典型高速远程滑坡坡体结构特点及坡体对地震动的响应,认为地震波是造成山体变形破坏的原动力,强烈的地震动是触发岩体高位剪出并被抛射的主要原因。滑坡体被抛射后,撞击铲刮坡面形成高速碎屑流作远程运动,其运动距离决定其造成危害的大小,在不考虑地震长持时的情况下,其后续运动距离决定于不同的内部控制因子,统计分析表明:发震断裂只有触发效应以及"上/下盘效应",与灾害规模无关,多半滑坡发生于平均坡度为30°～45°坡体结构,滑坡体运动距离L与其拔河高度H具有很好的相关性,坡体拔河高度越大,滑坡体滑过的区域面积及堆积体积就越大,滑坡运动距离就越远,运动性就越强,造成的灾害也就越大。     

地基基础与建筑场地类别划分

基于与建筑地基震害密切相关的地基土性状及基础条件,讨论了岩土工程勘察设计工作中关于场地土和建筑场地类别划分的主要依据,提出了对我国现行《建筑抗震设计规范(GB50011 2001)》进行基础埋深、覆盖层厚度和复合地基的地基土性状的修正, 并经场地土层地震反应分析论述了进一步划分建筑场地类别的必要性和可能性。以北京的2个典型工程场地为代表,分别讨论了基础埋深和覆盖层厚度对建筑场地类别划分的影响,并通过场地土层地震反应分析,得到自然地面上、基础埋深处土层的反应谱,同时也计算了在考虑或不考虑低速粘性土夹层情况下对土层地震反应结果的影响程度。最后,根据综合峰值加速度、加速度反应谱最大值的对比结果认为对原有的建筑场地类别划分方法有必要进行修正。     

爆炸波在饱和土介质中传播时压力变化规律的试验研究

介绍了在Φ900平面波加载器中进行的饱和土爆炸波传播试验,通过试验比较系统地研究了爆炸波在饱和土自由场中的传播规律及其在刚性边界上的反射问题。试验表明饱和土中的气体含量是控制波传播规律的主要因素,在深度方向上自由场应力峰值可能随深度增加,而在刚性边界上荷载反射系数可能>2。对饱和土与非饱和土中波传播规律的区别,在确定饱和土中结构的设计荷载时必须给予极大的关注。     

基于磁通量法的空间网架结构无损应力检测的试验方法研究∗

测试在役空间网架结构的轴力或应力是网架结构健康检测的核心内容之一,探究一种实用无损的应力检测方式对在役空间网架结构的健康状况进行合理的评估成为当前工程亟待解决的问题。磁通量法在桥梁索力检测的应用比较成熟,但没有应用于空间结构的杆件应力测试方面主要是由于网架结构杆件在长度、受力性质及约束的影响而使其杆件轴力的测试尚处于研究阶段。据此采用磁通量法对网架结构杆件轴力进行了试验研究。选取了可能影响轴力测试结果的感应线圈绕线匝数、激励线圈绕线匝数、激励电压、荷载工况四个因素开展了一系列的试验研究。结果表明:传感器的绕线匝数、激励电压都会直接影响到电磁感应响度的大小,实际工程中必须选择合适的绕线匝数和激励电压。磁通量传感器在套入杆件后对不同的荷载工况表现出了良好的敏感性,将其运用于杆件的轴力检测是可行的。     

土石围堰边坡安全性研究

结合山西天桥水电站除险加固工程中的土石围堰的边坡,提出了采用安全系数和失效概率来综合评价其安全性。采用工程上常用的瑞典条分法建立极限状态方程,考虑土体内摩擦角、粘聚力为随机变量,利用蒙特卡罗法求解边坡的可靠度指标,并对边坡稳定性分析中最重要的评价指标安全系数与可靠指标的关系进行了探讨。结果表明,采用安全系数和可靠概率综合评价土石围堰边坡的稳定性能更好地了解工程的实际安全状况。该方法为土石围堰边坡的安全性评价提供了一种参考。     

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——各荷载单独作用分析

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,应明确塔筒在各荷载单独作用下的内力特征。以某冷却塔为例并配以代表性的荷载取值,对其自重、风、冬温和夏温、水平和竖向地震这6类荷载的内力状态进行了单独分析和系统对比,着眼于各自的主要内力和各内力环向分布特征。结果表明,自重、冬温和竖向地震作用下内力的环向均匀分布使其无碍于荷载效应的方向组合;夏温和水平地震的最不利内力固定在某一子午线上且各自分别以弯矩和轴力为主,两者方向一致时即自然形成最不利组合;风荷载方向的任意性、复杂的内力分布特征和轴弯联合作用使常规荷载效应组合中必须进行多风向计算,但其内力分布特征依然给荷载效应组合的简化提供了可能。     

不同水力条件下圆柱桥墩局部冲刷试验研究∗

桥墩冲刷是导致桥梁水毁的主要原因,研究不同水力条件下局部冲刷对桥梁的影响具有重要意义。通过开展不同流速和水深下圆柱桥墩模型冲刷试验,研究了圆柱桥墩周围泥沙的局部冲刷发展规律,特别是流速和水深对桥墩局部冲刷的影响。试验研究表明:随着时间的发展,最大冲刷深度与冲刷坑范围在前期急剧发展,随后发展逐渐缓慢,直到冲刷处于近似平衡阶段。最大冲刷深度最开始出现在墩前侧方,随后始终出现在墩正前方附近,最小冲刷深度出现在墩的正后方附近,墩后的冲刷深度不足墩前深度的50%。流速和水深是影响桥墩的局部冲刷的关键因素,最大冲刷深度和冲刷坑的范围随着流速和水深增大而增大,相比于水深,冲刷深度和冲刷坑范围受流速的影响较大。     

一种新型的裂缝计

通常光测法、摄像法、裂缝显微镜法仅能测量已有旧裂缝的宽度,超声波法和冲击弹性波法仅能测量裂缝的深度,声发射、传感器法和光纤传感网络法可测量正在发生的裂缝。当对于已有裂缝在荷载作用下的动态变化目前还没有一种行之有效的测量方法。为此利用双悬臂梁和应变原理研制成功一种新型裂缝计,可准确测量结构、构件表面已有裂缝在荷载作用下裂缝开合大小或表面动态应变。该仪器具有抗振动干扰的特点,即被测点的振动不产生电量输出,仅在被测裂缝开合或混凝土表面产生应变时才有输出。该裂缝计已获得国家专利。该裂缝计已在哈尔滨、佳木斯等几个桥梁的裂缝检测中得到应用,获得理想的效果,得到铁道部好评。论文介绍了裂缝计的结构原理和技术性能。