水合物分解中深水基础抗拔性能模型试验研究∗

我国正在推进天然气水合物开发的产业化进程,海域水合物大规模开采可能影响临近深水设施的基础承载性能,进而诱发工程事故和环境风险。采用室内缩尺物理模型试验,模拟海域水合物的开采分解以及临近锚板基础的承载性能变化过程,测试了基础在不同水合物分解程度下的抗拔性能。试验结果表明,邻近锚板基础的抗拔性能在水合物分解过程中变化显著,随着分解阵面的扩展,分解程度提高,基础的抗拔承载力急剧降低;水合物完全分解后抗拔力下降为未分解时的 2.89‰,水合物分解中抗拔力折减程度与分解锋面相对距离之间拟合呈现正相关函数关系,拉拔破坏由脆性转为塑性破坏。     

上拔水平力组合荷载作用下混凝土扩展基础承载性能试验

介绍了2个相同尺寸混凝土扩展基础分别在上拔、上拔与水平力组合荷载作用下的室内足尺试验概况,并根据加载过程中的基顶荷载位移、基础主柱纵筋应变、扩大端钢筋和混凝土应变等试验数据,分析了2种荷载工况下混凝土扩展基础的承载变形特性及混凝土裂缝发展规律。结果表明:①上拔和水平力组合荷载作用下,基础上拔荷载位移曲线呈现出两阶段特性,而水平位移曲线随水平力增加近似呈线性增加,水平荷载降低了扩展基础的抗拔承载性能;②上拔和水平力组合荷载作用下,基础主柱横截面部分受拉、部分承压,在基础立柱与底板连接处的拉应力最大,混凝土裂缝未贯穿全截面,而在上拔荷载作用下,混凝土扩展基础主柱全断面受拉,裂缝贯穿全断面。     

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。     

大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能影响因素分析*

为分析大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响因素,通过 Keiwitt?6(K6)型球面网壳缩尺模型的连续倒塌试验,验证有限元模型的正确性。在此基础上,分析了传力路径和初始缺陷对大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明,两个传力路径依次失效后,网壳主要通过压杆机制抵抗连续倒塌,其破坏模式为局部倒塌。有限元分析结果与试验结果吻合较好。传力路径与初始缺陷对网壳抗连续倒塌性能影响显著：传力路径依次失效时,结构的抗连续倒塌性能可以得到充分发挥,传力路径同时失效时,结构的动力响应明显增大;随着初始几何缺陷大小的增加,网壳的抗连续倒塌性能降低;当初始缺陷大小相同时,结构并非均是在第 1 阶屈曲模态下率先发生连续倒塌。建议考虑传力路径的影响,取前 10 阶屈曲模态进行网壳的连续倒塌分析。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

螺旋锚复合基础对村镇生土建筑抗震性能影响研究∗

村镇生土结构因其抗震能力不足在遭遇地震时产生破坏严重,而螺旋锚基础能提供抗拔力来防止建筑物的隆起和倾覆。针对砂土中螺旋锚锚盘埋深、间距及数量对上拔承载特性及极限上拔承载力影响因素进行数值模拟研究,通过对比优化确定螺旋锚复合基础参数。并以中国村镇典型单层生土结构为研究对象,对条形基础生土结构和螺旋锚复合基础生土结构进行地震反应分析,以此来研究适合村镇生土结构的抗震构造加固措施。基于非线性动力时程分析方法,提取结构顶层位移,研究螺旋锚复合基础对生土结构地震反应的影响。结果表明：①埋深比为 10.5,锚盘间距为 4.5D 时的双片螺旋锚上拔承载特性最好;②在地震动作用下,螺旋锚复合基础形式在一定程度上影响结构的整体抗震性能,螺旋锚复合基础使生土建筑的抗震性能显著提升;③螺旋锚复合基础在地震动作用下的轴力最大值未达到其极限上拔承载力,基础坚实可靠;④地震动作用下,螺旋锚复合基础降低了生土结构的破坏等级,提高了结构的性能水平。     

扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQU S,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载—位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。     

基于相似理论的岩石地基材料制作及模型基础抗拔试验∗

为探究岩石地基中挖孔基础的承载力特征和地基破坏模式,以重晶石粉、铁粉和石英砂为骨料,水和石膏为胶结剂,黏土为增塑剂配置岩石相似材料,应用正交设计方法,以胶结物/骨料质量比（因素 A）、胶结物含水率（因素 B）、骨料细颗粒（铁粉+重晶石粉）占比（因素 C）、细颗粒骨料铁粉占比（因素 D）为 4 个因素,共 16 组材料配比方案,开展相关试验测定了各组材料的密度、黏聚力、内摩擦角、抗压强度、弹性模量等参数指标,并研究了相似材料物理力学参数与影响因素之间的变化规律;而后选取 3 种代表性相似材料开展了岩石挖孔基础抗拔承载特性的室内模型试验。结果表明：（1）对于相似材料密度,因素 C 影响最大;对于试样黏聚力和抗压强度,因素 B 影响最大;对于内摩擦角,因素 C 影响最大;对于弹性模量,因素 A 和因素 B 影响最大;（2）地基岩体破坏面呈现为沿着一定角度的开口向地面延伸的线性破坏面,且该破坏角随材料内摩擦角增大而减小,在规范中假定的 45°附近变化;（3）依据抗拔承载力计算得到的相似材料等代极限剪切强度随单轴抗压强度增大而增大,约为单轴抗压强的 0.027。     

轻骨料混凝土-薄壁钢桁架组合楼板火灾响应

由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土构成的新型组合楼板,具有轻质、高强和施工便捷等优点,可广泛用于住宅钢结构楼盖及各种施工平台等。对承载条件下的5块简支组合楼板试件开展了烃类火灾作用下的试验研究,得到了它们的火灾热响应及位移响应。试验结果表明,承载2 k N/m2的组合楼板试件,在最高炉温为650℃的烃类火灾作用下,当响应位移达到L/26、且试件已出现多处裂缝时,组合楼板试件仍保持良好的整体性。对试验结果的分析表明,对于所采用的新型抗剪键,I型预制板及抗剪键分布的抗火性能明显优于II型预制板及其相应的抗剪键分布。钢桁架梁斜腹杆的壁厚对于组合楼板的火灾后残余位移有明显影响(当腹杆壁厚增加60%时,残余位移降低56%)。因此从减小组合楼板火灾后残余变形的角度出发,宜适当加大钢桁架腹杆壁厚。     

高寒地区输电线路锥管板条装配式基础抗冻拔性能试验研究∗

高寒地区分布大量多年冻土,传统的现浇基础由于其抗冻拔性能差、施工周期长,不易采用,考虑受力合理, 施工快速便捷,提出一种可灵活拼装的锥管板条装配式基础。为了分析该种形式基础的抗冻拔特性,开展了5、-10、-15 ℃三种温度梯度条件下的冻结试验,分析了温度场、地基冻胀力、冻胀位移、基础本体应变的变化规律。研究结果表明：① 基础顶部冻拔位移小于地基冻胀位移,由于基础的“约束冻胀”作用,距基础边缘最远处冻胀位移最大;② 地基冻胀力与相应处冻胀位移之间呈正相关,冻胀力随温度降低而增大,且增加幅度随着温度的降低而加大;③ 基础本体所受拉应力远小于材料屈服强度,地基表面首先出现发状细微裂纹,随着后期冻胀力的释放, 裂缝逐渐扩张、延伸;④ 对于以承受上拔荷载为主的输电线路基础可采用回填非冻胀材料、基础表面光滑处理、优化结构形式等工程措施提高其抗拔性能。     

粉质混合碎石土中土工格栅拉拔阻力特性试验研究

土工格栅凭借其良好的加筋特性,在大型土工结构中得到了广泛的应用。然而土工格栅在粉土中的加筋效果并不理想。通过室内大尺寸土工格栅拉拔试验,针对不同的法向荷载和粉土中不同的碎石含量,对土工格栅受拉时的拉拔阻力特性进行了对比试验。结果发现:单纯提高法向荷载来增加格栅表面的摩擦剪切阻力的方法并不适用。在粉土中加入大粒径碎石,可以提高格栅横肋的被动阻力,但在竖向荷载较小的情况下,反而降低了格栅的整体拉拔阻力;而施加适当的法向荷载,抑制土体的剪胀效应,格栅整体拉拔力则得到了显著增强。该试验结果对土工加筋结构的设计具有一定的参考价值。     

330kV黄侯线ZMC1型单回路直线杆塔倾斜原因分析及处理

针对330 kV黄侯输电线路95号3A1-ZMC1型直线杆塔倾斜的现状,进行了地质、地貌取样及卫星云图对比,分析了A、B腿侧沉降严重的原因及塔身加装拉线保护、脚板加垫板、可调式联合大板基础等处理方法,结合线路运行现状,提出了塔身安装四方拉线、A腿塔脚板下方支垫楔形垫板的纠偏措施,解决了杆塔基础因土质原因造成的基础下沉倾斜隐患。实施后运行效果良好,并推广应用至同机理倾斜杆塔上,提高了设备的健康运行水平,为类似架空输电线路杆塔倾斜处理提供参考。     

土-结构相互作用振动台试验模型简化方法探讨

考虑到地震模拟振动台本身的承载能力限制、土体及边界条件模拟的复杂性、模型缩尺比例不能过小等因素,提出了一种在地震模拟振动台试验中简化考虑土-结构相互作用的方法,并以某海上高耸塔结构为例说明了该方法的可行性。利用有限元软件ETABS9.0.0建立了两个三维有限元模型:考虑土-结构相互作用模型(模型A)和简化模型(模型B)。其中,模型B上部结构与模型A相同,通过模态分析、反应谱分析和时程分析反复调整基础结构形式,使两个模型的上部结构地震反应相同。调整得到的模型B,即为考虑土-结构相互作用的简化模型,可为土-结构相互作用地震模拟振动台试验提供参考。     

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。     

浸水条件下树脂锚索锚固性能劣化试验研究∗

预应力树脂锚索运用于交通/水工隧道中,服役环境复杂、年限长,富水围岩区段锚固系统面临潮湿环境长期侵蚀,在浅析潮湿环境侵蚀机制基础上,开展室内试验测试树脂锚固剂水中浸泡后力学性能变化,研究浸水条件下树脂锚索锚固性能变化特征。研究结果表明：树脂锚固剂试样具有弱吸水性,水中浸泡后单轴抗压强度、弹性模量及泊松比出现不同比例下降,试样破坏形态以垂直贯通的主裂缝为主,周围分布数目较多的细小裂缝,表面局部出现块状体的脱落与分离;随着水中浸泡时间的增长,树脂锚索锚固试件拉拔破坏模式由混凝土劈裂破坏,出现树脂锚固剂?锚索黏结失效的索体拔出破坏,平均极限锚固力下降,锚索锚固性能逐渐劣化,试件劈裂破坏时树脂锚固剂?混凝土界面产生分离,索体拔出破坏时为树脂锚固剂?锚索界面滑移。研究揭示了隧道潮湿环境下树脂锚索锚固性能劣化规律现象,有助于加深对预应力树脂锚固系统后期稳定性变化的认知。     

采用接触面单元分析砼-岩系统的力学行为

考虑实际修建过程中塔基岩石开挖的施工特点和砼分期浇筑特点,通过建立三维实体模型,根据基于大变形理论的快速拉格朗日方法,运用考虑库仑屈服准则的塑性接触面单元计算了锦屏一级水电站泄洪洞进口塔基砼-岩接触系统的应力和变形,评价了塔基的稳定性,并与直接考虑材料为实体单元的计算结果进行了比较。工程算例数值计算结果表明,采用接触面单元来分析砼-岩系统的力学行为更合理、更实用。     

控制架空输电线路终端塔向受力侧倾斜的方法

针对白银 — 银川东750 kV输电线路两端终端塔向受力侧倾斜问题,对终端塔向受力侧倾斜原因进行分析,采取调整终端塔基础施工工序、补偿基础承载力、提高螺栓紧固率和合理布置反向拉线平衡挠度等技术措施,有效阻止了终端塔向受力侧倾斜,保证了工期,避免了不必要的经济损失。结果表明:该方法的使用,节约了工程成本,保证了施工安全,提高了铁塔基础的安全稳定性。     

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。     

输电塔塔-线体系风振反应分析

以5A-ZM2型500kV输电塔塔-线体系为例，建立了塔-线体系ANSYS三维有限元分析模型。依据谐波合成法生成作用在输电塔塔-线体系上的风速时程，在五种攻角风荷载作用下，对输电塔位移、输电线位移、主材应力分布和塔的基底反力进行了计算分析，讨论了输电线与输电塔动力耦合作用对输电塔的影响，并提出一些有益的结论。     

多棱插接式钢管塔风振阻尼技术研究

多棱插接式钢管塔具有制作安装方便、占地面积小等独特优势,正在得到越来越多的应用。但这种结构属于风敏感结构,风振特性是设计必须考虑的关键因素。钢管塔结构为空间薄壁壳体结构,其结构分析设计尤其是风振反应分析和风振控制与传统的杆系塔架结构有很大的不同。在静动力分析的基础上,提出利用钢球减振器对钢管塔进行风振控制,基于状态空间描述法模拟了钢管塔受控前后的位移时程反应,时域与频域分析结果表明该减振装置可以使结构的阻尼增加3~5倍,结构的风振反应可减小30%。本文的研究为钢管塔结构的合理设计提供了基础,有助于其在我国的推广应用,同时为行业规范和高耸结构设计规范的修订提供必要的理论基础。