桩柱式围网单元网片在水流作用下的水动力特性研究

桩柱式围网养殖是新兴发展的一种生态型海洋养殖模式,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。该文基于集中质量点法和网目群化技术,通过计算机模拟研究了桩柱式围网单元网片在水流作用下的水动力特性,分析了水流流速和流向要素对围网单元网片的网线张力分布、节点偏移和系缚点受力特性的影响。研究结果表明,网线最大张力和节点最大偏移随流速和冲角的增大而增大;网线最大张力发生处,主要位于网片上下端的两侧位置,但当冲角较小时,网线最大张力出现在网片上下端的迎流一侧。节点最大偏移发生处,主要位于网片上下端的中间部位,且不随流速变化。桩柱系缚点受力上下两端大、中间小,流速和冲角对上下两端系缚点的受力影响较大,对中间系缚点的影响较小。上述研究结果指出了围网网片及桩柱系缚点的潜在危险位置,在进行围网设计时,需给予重点关注。该文研究结果可为新型浅海围网工程设计与安装提供重要参考。     

波流共同作用下单体网格式锚碇网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理和集中质量方法,建立了计算重力式网箱浮架、网衣和锚碇系统受力和运动的数学模型.利用此数学模型获得了波流作用下网箱在网格式锚碇情况下锚碇锚绳受力、浮架运动的计算结果.在此基础上,计算并分析比较了不同设计流速与波况组合作用情况下,单体网箱各类锚绳(锚碇锚绳,连接锚绳和网格锚绳)受力、浮架运动及网衣变形情况.讨论结果表明,在相同工况下,各类锚绳中锚碇锚绳受力最大,连接锚绳受力次之,网格锚绳受力最小.锚碇锚绳、连接锚绳受力随波高、周期、流速的增加有不同程度的增加;网格锚绳受力随波高的增加有一定程度的增加,随流速的增加有较小幅度的减少,与周期变化关系不明显.浮架水平方向运动幅度随波高、周期及流速的增加而有不同幅度的增加;浮架竖直方向运动幅度随波高、周期的增加有不同程度的增加,随流速的增加有较小程度的减小.各种波流工况作用下,浮架倾角随流速的增加有一定程度的减少,随波高的增加有较小程度的增加,与周期变化关系不明显.网衣体积损失率随流速、波高及周期的增加有较小程度的增加.     

地铁车站盖挖逆作法施工结构内力和变形数值模拟

依托北京地铁某车站盖挖逆作法施工过程,通过有限元数值模拟研究顶板、中板、底板和侧墙的受力和变形状态随施工过程的变化规律,分析中间桩(柱)受力随施工过程的变化过程。计算表明,随施工过程进行,中柱的应力变化情况为先处于受拉状态,在上覆土回填之后又转为受压状态,而顶板上侧在靠近侧墙和中间柱附近位置处于受拉状态,下侧则相反。此外,还研究了施工过程中围护结构、中间柱差异沉降规律,表明中柱间最大差异沉降以及中间柱与侧墙最大差异沉降均小于规范允许值。最后对车站施工期间的安全性以及对周围建筑物的影响进行了评价。更多还原     

泥沙直径对旋转圆盘装置空化性能的影响研究

空化会造成水力机械发生振动,效率下降,而影响空化的因素有很多。为了研究不同泥沙直径对旋转圆盘空化性能的影响,使用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对某一卧式旋转圆盘进行全流道三相流动数值模拟。结果表明:旋转圆盘空蚀源附近压力最大值随泥沙直径的增大而减小;当泥沙直径小于0.040 mm时,压力差随泥沙直径的增大而减小,而当泥沙直径大于0.040 mm时,压力差随泥沙直径先快速增大后基本不变;泥沙分布最少的区域为试件所放置的位置,且随着泥沙直径的增大,旋转圆盘空蚀源附近的最大泥沙体积分数和面积均快速增大;当泥沙直径小于0.060 mm时,旋转圆盘的空化受抑制,当泥沙直径大于0.060 mm时,旋转圆盘的空化受促进。     

近距离人工挖孔桩施工对盾构隧道的影响分析

采用有限元分析软件MIDAS/GTS进行模拟分析,模拟了近距离人工挖孔桩施工对盾构隧道的影响,得出了近距离人工挖孔桩施工导致盾构隧道周边地层应力发生一定程度的释放,从而诱发盾构隧道结构受力发生变化和变形,但人工挖孔桩施工对盾构隧道的结构受力和变形影响较小,其中盾构隧道最大变形量为1.1mm。     

跨海大桥悬臂浇筑施工菱形挂篮施工力学特性与施工技术

针对悬臂梁浇筑菱形挂篮施工过程安全问题,为了保证悬臂梁成功浇筑,以浙江G228国道三门县至宁海公路段海游港特大桥工程为依托,研究了跨海大桥悬臂梁浇筑施工菱形挂篮施工力学特性与施工技术。运用有限元软件Midas-Civil,建立悬臂端浇筑时菱形挂篮最不利荷载下有限元模型,分析其关键部位的变形、内力以及整体抗倾覆计算,并与实测变形值对比验证有限元模拟的可行性与正确性。结果表明:菱形挂篮施工过程中结构最大位移发生在支架前顶部,其值为14.6 mm,结构最大应力发生在后上斜杆顶部,其值为134.9 MPa,允许应力为215 MPa,控制变形在20 mm内,结果满足要求。挂篮施工中最大弯曲应力与切应力以及最大变形值均出现在前上横梁,其值分别为125.2 MPa、39.5 MPa和3.3 mm,允许弯曲应力与切应力分别为205 MPa与120 MPa,控制变形为L/400,分析结果满足规范要求。抗倾覆安全系数远远大于2,满足要求。现场检测悬臂梁最大变形值出现在中跨跨中,其值为18 mm,在控制范围内且与数值模拟值在同一数量级。研究成果可供类似工程施工参考。     

后方土体淤积下高桩码头桩基变形规律分析

针对高桩码头结构受后方岸坡不断淤积影响下的变形破坏问题,采用有限差分法分别建立高桩码头与岸坡土体耦合的整体结构段模型和单排架模型,研究了码头桩基随土体淤积进程的位移变化规律。结果表明：码头结构整体以竖向位移为主,并向后方岸侧倾斜,桩基顶部水平位移明显小于桩身下部水平位移,由于桩身弯曲,桩顶处受力最为不利;单排架模型与整体结构段模型中间排架各桩基的位移计算结果更为接近,最大偏差为5.46%,且采用单排架模型可显著提高计算效率,但不能反映出不同位置排架的变形差异。     

复杂地质条件下挖孔桩完整性检测及其承载力评价

以实际工程为背景,利用反射波法检测桩身完整性,结合有限元方法,分析沉渣等缺陷对桩的变形和承载力的影响。结果表明,在复杂的地质条件下,利用反射波法可以检测桩的夹泥,搅短桩头以及桩底沉渣过厚等缺陷,但是也会出现桩端反射幅值变得微弱或几乎没有桩端反射,此时加大了确定桩端位置的难度,从而无法保证桩的承载力。利用有限元方法分析沉渣厚度对承载力的影响,结果发现沉渣厚度小于300mm时,挖孔桩单桩承载力随沉渣单位厚度变化而显著变化,而当沉渣厚度大于500mm后,沉渣单位厚度大小的变化对单桩承载力变化的影响不很明显。     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

水平荷载下承台-倾斜桩工作性状的数值分析

为了得到承台-倾斜桩体系在水平荷载条件下的工作性状,首先拟合现场实测数据得到土层及桩体的合理参数,然后采用数值模拟手段分析了不同倾斜程度及倾斜方向下体系的变形、受力特征.计算结果表明,3种倾斜方向及倾斜程度在0％～12％时体系水平向承载力均未减小,即水平位移均小于未倾斜时.从弯矩分布特征来看,桩顶均受到正弯矩,且弯矩值最大,桩身下部受到负弯矩,反弯点位于桩顶以下8～9m处.桩体倾斜程度对体系中倾斜桩与竖直桩的弯矩分担产生影响.     

印尼地区嵌岩灌注桩竖向承载特性现场试验

为更加深入研究不同竖向荷载作用下大直径嵌岩灌注桩的承载特性与荷载传递规律,以印尼地区某工程为依托,对3根直径为800 mm的嵌岩灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验与桩身应力测试。试验结果表明:3根试桩的Q-s曲线均为缓变型,沉降量均不超过17 mm,回弹率较大,介于54.8%~70.9%之间,残余沉降较小,承载力较高,均满足设计要求。桩身轴力随桩顶荷载的增加逐渐增大,随深度逐渐递减;桩侧摩阻力的发挥具有异步性,随着荷载的增大,桩侧摩阻力逐渐发挥,在嵌岩段桩侧摩阻力最大,但仍未充分发挥;桩端阻力随桩顶荷载的增加近似呈线性增大,在最大荷载作用下,桩端阻力占比约55%,表现出摩擦端承桩的特性。研究结果对国内桩基规范的完善以及当地桩基规范的制订具有较重要的意义。     

高层建筑物桩筏基础内力分布和演化分析

通过三维数值计算,研究了高层建筑从基坑开挖到上部结构修筑过程引起的桩筏基础内力分布和演化过程。根据桩筏基础的受力和变形特征,以及桩筏荷载分担比例,讨论桩筏基础和地基土的协同作用效应。计算表明,桩筏基础的内力分布一般受柱子设置位置的控制。在上部建筑物荷载作用下,柱端处会产生较大的弯曲应力。此外,筏板底部处也存在较大的压力,使得桩间土产生明显的压缩变形,亦即限制了桩与土之间的相对位移,进而减小了桩侧摩阻力。因此,在上部荷载修筑的初期,桩的端摩擦阻力起主要作用,然后上部桩的桩侧摩阻力才随上部结构荷载的增大得以逐步发挥作用。更多还原     

软黏土中大直径加翼桩p-y曲线探讨

加翼桩作为新型的基础形式,横向荷载作用下的理论体系尚不成熟,大直径加翼桩横向荷载试验难度大、成本高,并且实测桩侧土抗力的精度也难以满足理论分析要求,目前尚无这方面的试验资料。以普遍采用的5 m直径加翼钢管桩为原型,通过有限元数值模拟,研究了桩侧翼板和横向荷载方向对桩身受力变形规律的影响,探讨了海相软黏土地基中大直径加翼桩p-y曲线的计算方法。结果表明:加翼桩位移、土抗力分布与单桩规律相似。同级荷载作用下,加翼桩桩身横向位移远小于单桩,且随横向荷载与前翼板夹角增加而增大;翼板范围内桩侧土抗力远大于单桩,翼板范围外与单桩相近。加翼桩土抗力与横向位移关系与单桩规律相同,受荷载方向影响较小。现行规范中单桩p-y曲线模式能够适用于横向承载加翼桩分析,但需对相应参数进行适当修正。研究成果不仅为深入研究大直径加翼桩的p-y曲线提供了思路,而且可为工程设计提供参考。     

基于均匀腐蚀模型的开孔单桩承载特性研究

海上风电工程广泛采用大直径开孔钢管单桩作为基础,因此,开展钢管单桩腐蚀程度对其承载特性的研究具有重要的意义。基于均匀腐蚀模型,分析钢管桩腐蚀程度对桩身受力与变形的影响规律,得到以下结论：水平荷载作用下,开孔单桩挠度随腐蚀进程发展曲线分为3个阶段,第1阶段挠度增长较为缓慢,第2阶段桩顶挠度的增速为第一阶段的10倍,第3阶段增速则与第一阶段的持平;轴向荷载作用下,当荷载小于12 000 kN时,腐蚀程度对开孔单桩的竖直承载特性的影响可以忽略不计,但当荷载大于12 000 kN时有显著影响;水平荷载作用下,腐蚀程度对大直径单桩开孔处的应力集中现象影响并不明显,应力集中系数稳定在1.05～1.15之间;当轴向荷载大于2 000 kN时,桩的开孔处出现明显的应力集中现象,应力集中系数约为4.1。以上研究成果可为开孔单桩的防腐设计提供参考。     

粘土含水率变化对微型钢管桩工作机理影响研究

通过改变滑坡土体的含水率,进行了微型钢管桩的模型对比试验,研究微型钢管桩在不同的土体性状条件下的承载能力、变形受力特征以及破坏模式等的变化情况。试验结果表明:含水率的变化对微型桩的水平承载力有显著影响,含水率增大,微型桩组合结构的承载力降低;桩体的受力变形方式随含水率变化也存在差异,含水率小的情况下,微型桩在滑床与滑体中同时变形,而含水率大时,滑床中的变形更为显著,滑体中负弯矩值变化缓慢;桩体承受的土压力主要集中在滑面附近,滑面下滑床中一定范围为微型桩抗滑的关键部位;在一定含水率范围内,含水率大时表现出更好的整体性,桩土结合较好,各排桩均匀承担荷载,协同变形。     

基于新型人工软土技术的加筋碎石桩复合地基承载特性模型试验

为研究地基不排水或排水不畅情况下加筋碎石桩复合地基的承载特性,配置了由钠基膨润土和甘油混合而成的新型人工软土地基,进行了4组加筋碎石桩复合地基路堤模型试验,并与排水条件下的试验结果进行对比分析。研究结果表明:加筋碎石桩复合地基沉降随筋材刚度的增大而明显减小,其桩土应力比远大于排水条件下的桩土应力比;筋材刚度较大时,桩体发生向路堤外的整体倾斜变形,而筋材刚度较小时,桩体则发生向路堤内的弯曲变形;部分加筋碎石桩复合地基的沉降明显大于全长加筋情况,且其桩土应力比小于全长加筋时的桩土应力比,但仍大于普通碎石桩的桩土应力比;不同加筋长度碎石桩桩体均在其加筋范围内发生弯曲变形,在未加筋部位发生鼓胀变形;排水条件对加筋碎石桩桩体变形和稳定性有显著影响,排水条件好,桩体弯曲变形小,反之,桩体则产生显著的弯曲变形。通过试验分析得出对于路堤荷载下的加筋碎石桩复合地基,应采用刚度较大的筋材对碎石桩体进行全长加筋,并保证地基的排水,可大幅提高路堤的稳定性。     

基于FLAC~(3D)的近海淤泥质地层基坑工程变形研究

针对深厚淤泥质软土基坑变形过大的问题,采用了水泥土搅拌桩与地下连续墙组合支护方案,为了解该支护方案中地下连续墙的变形特征,利用FLAC~(3D)数值模拟软件对深圳地铁十号线地铁停车场深基坑进行分析。结果表明:模拟结果与实测数据拟合较好,预测开挖完成后基坑周围土体最终沉降为22.91 mm,小于警戒值。在水泥土搅拌桩支护条件下,除按原工况1 200 mm厚地连墙条件外,分别模拟了1 100 mm、1 000 mm、900 mm、800 mm、700 mm不同地下连续墙厚度条件下的变形情况,第一层开挖时各条件下土体沉降相差不大。随着开挖的进行,沉降值开始发生变化,土体沉降值最小为47.33 mm,发生在1 100 mm厚条件下,最大为93.85 mm发生在700 mm厚条件下。地下连续墙水平变形最大值均发生在距墙顶15 m处左右。在700 mm条件下变形值最大达到了42.58 mm,1 100 mm条件下最小,其值为25.71 mm。因此,该深基坑工程在水泥土搅拌桩支护成槽条件下,可适当减少地连墙厚度,采用1 100 mm厚地连墙能保证基坑安全的前提下降低造价。     

单舱及多舱六边形管廊结构的受力性能研究

为了解决矩形管廊受力性能较差、圆形隧道空间利用率较低的问题，根据自然界中蜂巢结构的优良特性，提出了一种新型的六边形管廊形式，并通过有限元对六边形管廊及其组合结构的受力变 形特性进行了深入研究。通过对比分析发现，六边形单舱及多舱管廊的受力及变形显著优于矩形管廊，且随深度及尺寸增加优势更加明显，弯矩和变形最大分别可减小 34%和 60%; 而在功能性方面，六边形管廊与矩形管廊接近，优于圆形隧道形式，空间利用率较好，便于多舱灵活组合。与已有双舱和四舱工程案例对比，六边形管廊的受力与变形性能均较好，且混凝土材料用量比矩形结构减小 4%～ 9. 8%。六边形单舱与多舱管廊结构在角点处容易发生应力集中，尤其是每个六边形的左右两侧角点位置内力较大，针对此受力特性，提出在两侧角部加腋的方式提高其受力性能，该优化方式对其有效利用空间的影响也较小。     

地震断裂带高铁大跨拱桥深基坑钢板桩围堰支护试验与监测

针对大跨度高速铁路拱桥建设对深基坑开挖施工的安全性要求,为了研究钢板桩围堰支护在大跨度高速铁路拱桥深基坑施工中的可行性,以新建徐盐高铁徐洪河特大桥工程项目为依托,通过数值模拟及现场试验监测,对深基坑钢板桩围堰支护在施工过程中的形变及受力情况进行分析。结果表明:通过有限元模拟分析,钢板桩围堰最危险受力点处于钢板桩中部、中上部及四角连接处,围堰第4道内支撑内力较其他3道内支撑大。整个施工过程中工况5为施工最不利工况。由监测结果可知,在施工过程中钢板桩单日最大位移值为2.8mm,最大累计位移值为24.0mm,均未达到预警值,施工过程中钢板桩形变稳定。钢支撑轴力受基坑周边荷载的影响明显,围堰钢支撑最大压力值为147.31kN,最大拉力值为24.95kN,未达到预警值,结构安全。研究结果可供同类型工程施工参考。