上硬下软地层中桩盘复合基础V-H承载特性

海上风机基础正常工作条件下要承受上部结构传递的水平荷载H、倾覆力矩M及竖向荷载V,单桩-摩擦盘复合基础(桩盘复合基础)结合了单桩基础和重力式基础的承载优势,是一种新型的海上风机基础形式.为研究桩盘复合基础在组合力下的承载特性,基于自行设计的V-H组合加载装置,完成一系列桩盘复合基础室内载荷模型实验,获得了上硬下软地层中...     

砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析

吸力基础作为海上风电工程的基础主要受到风、波浪和洋流等产生的水平循环荷载作用,因此提高其水平循环承载力和控制侧移是保证风机正常运行的关键。采用有限元分析软件Z_SOIL对饱和砂土地基中的裙式吸力基础开展水平循环加载数值分析;考虑到土体小应变阶段刚度增大的特性,土体选用刚度与应力相关的小应变硬化模型（HSS模型）;重点分析和讨论了循环荷载比、加载高度、加载方式和加载顺序对基础循环累积位移和刚度的影响。研究发现：当循环荷载比小于0.5时,基础累积位移很小,基础循环割线刚度随循环振次变化不明显;当循环荷载比大于0.5时,循环加载过程中基础周围砂土地基被挤密实,导致基础循环割线刚度随循环振次增加而增大,卸荷后基础残留较大塑性变形。裙式吸力基础的循环割线刚度随循环荷载比和加载高度的增加呈线性关系减小,基础水平及竖向累积位移则逐渐增大。3种加载方式下,基础水平累积位移从大到小排序为单向荷载、不完全对称荷载、双向对称荷载;竖向累积位移从大到小排序为双向对称荷载、单向荷载、不完全对称荷载。当循环荷载由大到小变化时,基础的水平和竖向累积位移均大于荷载由小到大时的情况,说明前期加载历史对基础后期变形有重要影响。     

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成, 针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律. 试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响. 由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高. 此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变. 加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限. 加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.     

砂土中海上风机四桩导管架基础水平受荷分析方法

针对海上风机四桩导管架基础受荷特性与常规水平荷载作用位置较低的群桩基础不同的问题,提出适用于海上风机导管架基础的水平受荷分析方法.通过分析导管架基础离心模型试验的结果,发现海上风机导管架基础各基桩在承受水平荷载的同时也受到较大的轴向荷载作用,这会改变桩周土的有效应力和水平抗力.基此提出同时考虑群桩效应和基桩桩身轴力影响的p乘子,从而获得导管架基础基桩的p-y曲线.采用SACS数值分析软件获得导管架基础沿边长加载和沿对角线加载时基础的变形和内力.结果表明,根据该文提出的导管架基础水平受荷分析方法得到的计算结果与离心模型试验吻合较好,适用于砂土中海上风机四桩导管架基础的工程设计.     

循环荷载作用下基于隶属度函数的边界面模型

为了反映土体在循环荷载作用下塑性应变的累积特性和连续性,将隶属度函数引入到边界面模型中,在二维临界土力学模型图基础上,构造了一个新三维空间锥体,利用该锥体建立了加载面与隶属度函数的一一对应关系。根据隶属度函数修正了塑性流动法则,使得模型对最大预应力具有部分记忆功能,并引入损伤参数,推导得到了模糊边界面模型,通过动三轴实验确定了该模型的参数。利用有限元的二次开发功能,将该模型引入到有限元中,得到了模型的数值结果,通过与动三轴实验结果对比,发现两者吻合较好,证明了模型的合理性。     

砂土简化边界面本构模型

基于边界面次塑性模型,简化了模型原始加载和重加载的关系,减少了模型参数,提供了一种适用于描述砂土单向荷载和循环荷载作用下应力路径和应力-应变关系的方法。引进状态参数,从而可用一套参数统一描述不同密度砂土的力学行为。使用Mathematica软件进行简化边界面模型的单元测试,并与试验数据进行对比。结果表明：此简化边界面模型能合理模拟土体复杂的力学行为,包括土体的临界状态、单向和循环荷载下体积变形的变化、应力-应变关系、围压的变化等。     

高桥墩塑性铰抗震性能分析

为分析高桥墩在地震作用下形成的第二塑性铰对桥墩抗震性能的影响,以内昆铁路花土坡特大桥为实例,通过ANSYS软件建立弹塑性有限元仿真模型,并通过ANSYS软件的屈曲分析功能确定桥墩屈曲荷载,赋予模型铰的初始偏移,再将屈曲荷载加载到模型上.通过软件分析功能,计算非线性模型在该荷载作用下从桥墩钢筋屈服到混凝土被压碎至截面不断绕中和轴转动并形成塑性铰的各部位应变,确定塑性铰的其形成位置.最后,通过分析计算得出的数据,分析第二塑性铰对于桥墩在极限荷载下的抗震性能的影响.     

重力式基础陆上风机结构长期动力特性试验研究

为了揭示陆上风机服役期间动力特性发展规律,针对现有重力式基础支撑的陆上风机结构开展1∶50缩尺模型试验,结合相似性理论获得风机结构在服役状态下的整机频率和阻尼演变规律. 建立顶部集中质量—塔架—基础的简化模型,基于相似性理论和循环加载装置开展7组相关试验. 试验结果表明：陆上风机结构自振频率比在运行期间呈增长的趋势,且增长速率随着循环加载次数增加逐渐减小,结构阻尼比则呈逐渐减小的发展趋势;在循环加载过程中,基底土体应变水平和荷载频率对结构动力稳定性的影响较大.     

不同滞回模型下单自由度系统的位移和能量反应

为考察塑性耗能、阻尼耗能、延性以及刚度突变对于抗震和减振的意义,对冲击和简谐荷载作用下的不同滞回模型(理想弹塑性、双折线线性强化型、剪切滑移和非线性弹性模型)的单自由度(SDOF)系统振子进行了理论和数值的分析.通过研究得到了冲击荷载下,结构所能承受的荷载等于结构的最大静力承载力;并给出了结构的最大位移、振幅等计算式.在简谐荷载作用下,当荷载频率低于结构自振频率时,总体上振幅随后期刚度增大而减小;当荷载频率远大于结构自振频率时,结构的振幅几乎保持不变.结构的塑性耗能比阻尼耗能更有利于结构振动位移的控制,尤其在共振条件下更为显著.     

长期循环荷载下饱和软黏土安定性模型

鉴于传统显式、隐式模型计算饱和软黏土长期循环荷载下轴向塑性累积应变的不足,在建立饱和软黏土总应力弹塑性模型基础上,考虑软黏土在长期小动应力比循环荷载作用下具有安定性特点,结合过应力模型及安定性理论提出计算饱和软黏土长期循环荷载下轴向塑性累积应变安定性本构模型。安定性模型能合理描述饱和软黏土循环荷载下的变形特性,模型只考虑最大塑性变形包络线故可采用任意积分步长,适用于大数目循环加载的累积变形计算及长期交通荷载下地基的沉降计算。     

砂土场地桩-筒复合基础地震响应离心振动台试验

地震作用容易引起砂土地基中的海上风机基础液化失效,单桩-筒型复合基础(简称桩-筒复合基础)结合了单桩基础和吸力筒基础的优势,是一种新颖的海上风机基础形式。针对砂土场地桩-筒复合基础地震响应,开展干砂及饱和砂的单桩和桩-筒复合基础的离心振动台试验,采用白噪声和具有不同频谱成分的地震波进行激振,得到两种基础形式在砂土场地中的自振频率、超孔压累积、风机加速度响应以及基础弯矩分布等。结果表明：饱和场地中筒基下的浅层土体,其超孔压累积会有所衰减,加速度幅值则被相应放大;饱和场地中单桩浅部弯矩响应较大,风机产生明显的残余位移,相比单桩,桩-筒复合基础加速度响应更大,但其在限制水平位移方面具有明显优势。研究结论对于桩-筒复合基础的抗震分析具有参考价值。     

导管架海洋平台结构冰致强迫振动分析

为了检验冰荷载振动理论的合理性并推动其在实际工程中的应用.首先介绍了动冰力的统一模型.然后利用动冰力函数的傅立叶级数展开,推导了在弯曲和屈曲冰力作用下,多自由度海洋平台结构反应的计算解析表达式;采用随机振动分析方法,对挤压随机动冰力作用的海洋平台结构进行了随机振动分析.最后,将方法应用于渤海某导管架结构简化模型冰振反应的分析,结果表明计算结果与实测结果具有很好的相一致性,验证了分析方法和统一动冰力模型可以较好地模拟实际的动冰力特性.     

力矩与水平荷载作用下浅基础破坏包络面方程

为了解决力矩与水平荷载作用下浅基础破坏包络面形状在埋深较大情况下趋于复杂的问题,根据力的平移定理,针对均质和非均质地基上的浅基础,提出了一种搜寻浅基础最优荷载参考点的数值计算方法.基于该方法得到荷载参考点,联合采用swipe加载和固定位移比加载方法进行平面应变有限元分析,得到的二维破坏包络面形状比传统的基于基底中心的包络面趋于对称和简单,给出了浅基础二维破坏包络面的统一数学方程.计算结果表明,该方程能合理描述较大埋深范围内的浅基础在力矩与水平荷载的复合加载情况下的承载性能.     

循环荷载下阶梯形变截面桩与等截面桩 复合地基承载性状研究

为探究循环荷载作用下,阶梯形变截面桩与等截面桩复合地基工作性状的差异,对阶梯形变截面桩与等截面桩的9桩复合地基进行室内模型试验,分析循环加载次数对阶梯形变截面桩与等截面桩复合地基永久沉降、桩-土应力比的影响规律,以及循环荷载作用下桩身应变的分布规律。研究结果表明:阶梯形变截面桩和等截面桩的沉降速率起初较大,随着加载次数的增加,沉降速率逐渐减小,并趋于稳定;在相同加载条件下,阶梯形变截面桩的沉降明显小于等截面桩,并且前者先趋于稳定。桩-土应力比随加载次数的增加而降低,降低的幅度开始较大,然后慢慢减小,并趋于稳定;在相同条件下,阶梯形变截面桩的桩-土应力比大于等截面桩的桩-土应力比,并且前者先趋于稳定。对于阶梯形变截面桩,在上下段各出现一个应变峰值,上段的应变峰值明显大于下段的峰值;而对于等截面桩,只出现一个应变峰值。     

边坡深部不均匀沉降条件下桩基础破坏特性的离心模型试验研究

我国地质条件复杂,岩土工程问题复杂多变。近年来,随着越来越多的工程开始建设,深部不均匀沉降条件在实际工程中经常出现,如：地下煤炭开采、基坑开挖、地下水位变化等,这种情况下上覆边坡及其上的基础容易发生严重的变形乃至破坏,对附近人民群众的生命财产安全造成了威胁。桩基础是目前工程中常用的边坡加固方式,因此,边坡深部不均匀沉降条件下的桩基础破坏特性亟待研究。离心模型试验在边坡变形破坏特性的研究中有明显的优势,在多种荷载条件下都取得了重要的研究成果。本文采用液压系统模拟深部不均匀沉降条件,进行了不同范围的深部不均匀沉降条件下桩基础破坏特性的离心模型试验,探究了不均匀沉降范围对桩基础变形破坏特性的影响机制,以及深部不均匀沉降条件下桩基础的破坏机理。结果表明,深部不均匀沉降条件下,桩基础所在土坡产生了3条主要的滑裂面,其中深部不均匀沉降区域附近的滑裂面是明显的滑动破坏,基础附近的滑裂面以张拉破坏为主。深部不均匀沉降首先导致了土体内部发生由下至上的滑动破坏,进而使桩基础发生了失稳,最终导致基础附近发生由上至下的破坏。深部不均匀沉降范围通过影响上部土体的变形局部化的时空分布情况改变了土坡滑裂面的位置与形状。深部不均匀沉降条件对土坡的影响存在一定的范围,影响区边界均呈绕桩分布。     

粘弹塑性地基上基础基底反力的计算

本文采用粘弹塑性力学模型和八节点等参元方法,对圆形基础反力进行了有限元分析。为了验证理论分析的可靠性,进行了重塑粘土地基上的圆形刚性压板试验,并和北京、上海等地高层建筑箱形基础基底反力实测结果进行比较。结果表明,根据本文提出的力学模型与计算方法得出的基底反力比较符合实际。     

考虑近海环境劣化作用的钢框架节点抗震性能试验研究

采用室内加速锈蚀试验模拟近海大气环境对钢框架材性试件与节点试件力学性能的劣化作用.得到节点试件梁柱翼缘与腹板钢材锈蚀率随近海环境作用时间的相关关系,对材性试件进行拉伸破坏试验,统计回归得到屈服强度、极限强度、伸长率与弹性模量4个钢材材性性能指标随锈蚀率的衰变关系.对4个不同锈蚀程度的钢框架节点试件进行变幅加载试验,考察其破坏形态与特征,分析锈蚀对构件滞回性能、骨架曲线与刚度的影响,得到节点构件耗能能力、累积塑性变形能力、刚度等性能指标随锈蚀率的衰变规律.结果表明：近海大气环境作用使得钢框架节点构件产生初始损伤,致使节点构件梁端在位移低周加载下越早发生断裂,延性降低.     

水平单向及多向载荷下单桩响应的数值研究

利用大型有限元分析软件ABAQUS,建立砂土中单桩的三维弹塑性数值分析模型,通过三轴试验确定土体相关参数,研究水平单向载荷作用下桩头自由和固定时单桩的响应特性,及多向加载路径对单桩承载力的影响.结果表明,桩头自由的单桩在水平力作用下桩身的最大弯矩在土面下约4倍桩径处,桩运动前方土体隆起的最大值出现在桩前约0.5倍桩径处;桩头固定单桩的水平承载力约为桩头自由的2.65倍,且出现较大的桩顶弯矩;多向加载条件下的桩头水平承载力与单向加载条件相比明显减小,随着短长轴比增加,水平加载主方向(X方向)承载力降低,载荷最大值出现得更早.     

水平荷载作用下群桩-土-结构共同作用分析

陆上软土地区和海上的一些构筑物,诸如塔桅结构、海洋平台等设计时水平荷载将起控制作用,在水平荷载作用下考虑群桩效应的桩-土-结构共同工作的研究是一个比较复杂的问题.依据文克尔相互作用模型,提出了一个较方便实用的群桩效应计算方法,根据等效桩的概念建立了考虑群桩效应的桩-土-结构共同工作的计算模型,通过编制计算程序进行了算例分析,结果表明考虑群桩效应后各桩的弯矩有较大幅度的增加,在设计以水平荷载为主的构筑物时应给予充分重视.计算模型和计算方法对该类构筑物的概念设计或初步设计具有一定的意义.     

混凝土非线性分析中的非协调参数Drucker-Prager模型

为了克服现有混凝土数值计算模型在滞回分析中的收敛困难问题,结合经典Drucker-Prager(D-P)模型的Cap修正屈服准则,提出采用非协调参数D-P模型模拟混凝土。通过数值模拟手段,经过大量试算提出了非协调参数α和k的合理取值范围。并且,采用非协调参数D-P模型分别模拟了钢筋混凝土梁在跨中单调荷载下的受力行为,以及钢筋混凝土柱和型钢混凝土柱在低周往复荷载下滞回性能,并通过与试验结果的比较验证了这个模型的有效性。利用这一特点,可通过数值计算手段获得混凝土构件在循环荷载下的恢复力模型,从而有效地节省试验资源。