高桩码头PHC管桩设计极限状态的曲率计算方法

参照美国码头工程抗震设计标准,确定了高桩码头结构正常使用极限状态、损伤控制极限状态和不倒塌极限状态对应的材料极限应变限值,应用纤维模型法对高桩码头所采用的PHC管桩进行了截面弯矩—曲率分析。根据三种设计极限状态下材料的应变限值,计算确定了PHC管桩相应的截面曲率,讨论了不同轴压比和纵向配筋率对极限状态下桩截面曲率的影响,并考虑轴压比、纵向配筋率和管桩截面直径三个因素,对截面曲率进行拟合,获得了各设计极限状态下PHC管桩截面曲率计算回归公式。算例分析表明,该拟合公式可为基于位移的高桩码头抗震设计提供参考     

一种可以描述桩端位移累积的新型Q-z模型

海上风电属变形敏感结构,而导管架基础海上风电结构在服役期内下部桩基础会承受较大竖向循环荷载。在竖向受荷桩基的分析与计算中,采用ABAQUS分析桩端影响区域,依据动三轴实验中砂土的应变累积特性,提出一种新型Q-z模型。与传统Q-z模型比较,该模型能通过不同参数取值,模拟在轴向循环荷载下桩端的位移累积。结合有限元软件COMSOL进行二次开发,模拟单桩轴向循环加载工况,与离心机实验进行对比,验证了该Q-z模型的合理性。在数值计算中分别采用美国石油学会（API）规范系列桩土相互作用模型（p-y）、可考虑桩-土界面强度和刚度循环弱化效应的弹塑性t-z模型,可描述桩端位移累积的新型Q-z模型,分析海上升压站在循环荷载下的响应规律,为海上升压站设计提供相应的建议。     

海洋循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响研究

海上风电吸力桶基础在25年服役期内,海洋循环荷载作用下桩土相互作用与桩周土状态改变,导致其水平承载力改变。为了研究循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响,该文在砂土地基开展模型试验,介绍吸力桶基础和地基建模方法以及砂土地基的制备和测试。根据水平极限承载力试验结果和循环荷载参数设计循环加载试验,得到吸力桶基础的累积转角随循环次数的增加而增加,增速随之降低。通过对循环加载后的吸力桶基础开展水平单调加载试验,并与水平极限承载力对比。结果表明:循环荷载作用下桩周土趋于致密化,从而导致砂土地基中吸力桶基础的水平承载力增加;水平承载力随循环荷载幅值比和循环次数的增加而分别呈线性和指数增加,随循环荷载对称比的增加呈线性减小,并给出相应的归一化计算公式,为吸力桶基础工程设计提供不同循环荷载作用后的水平承载力计算方法。     

地震作用下某钢管桩码头排架结构耗能特性分析

为研究地震动强度对钢管桩码头结构耗能特性的影响,分析了江苏省某钢管桩码头排架在不同地震峰值加速度下的能量耗散特性,选取与抗震规范加速度反应谱符合程度较好的两条实际地震波和一条人工波作为设计地震动,采用循环荷载作用下的p-y土弹簧模拟桩土相互作用。计算结果表明,在地震动峰值加速度确定的条件下,根据所提方法选择的三条地震波输入结构的总能量大小比较接近;地震作用下,钢管桩码头结构主要耗能形式是阻尼耗能,占比高于80%,滞回耗能占比较小,说明结构损伤程度较低,抗震性能较好;大震情况下损伤主要发生在陆侧第一根桩基,入土深度对桩基滞回耗能分配有较大影响。     

近海风力机水平受荷单桩简化p-y曲线研究

开展近海风力机水平受荷单桩的现场试验,实测得到桩顶荷载-位移关系、桩身变形和弯矩,揭示水平荷载作用下桩-土相互作用规律。考虑地基土埋深效应来修正初始地基反力模量,提出适用于砂土和黏土中水平受荷桩承载特性的简化p-y曲线模型,并与实测值和API规范计算值进行对比,最后对极限抗力系数和形状参数进行敏感性分析。结果表明：简化方法计算的桩顶位移和桩身最大弯矩与实测值相对误差分别为15.6%和3.2%,提出的简化方法能提高计算精度;极限抗力系数和形状参数对水平受荷桩内力和变形均较为敏感,以变形控制为设计原则的单桩基础建议取较大值。     

光伏支架螺旋桩斜向拉拔承载特性试验研究

针对光伏支架螺旋桩斜向荷载作用下承载特性认识不足,在砂土中开展大尺寸单锚片螺旋桩斜向拉拔载荷试验,研究荷载角度、埋深比对承载特性的影响规律,探究锚片表面的土压力强度分布变化规律,分析斜向拉拔承载控制机理。研究表明：1）荷载位移曲线一般表现为硬化型,荷载角度相同时,埋深比越大,拉拔极限荷载与相应位移均越大。埋深比相同时,荷载角度增加,曲线更显陡峭,极限荷载增大,极限位移则减小。2）分解后的荷载-水平位移曲线和荷载-竖向位移曲线特征差异显著,前者曲线完整、非线性发展充分。除竖向拉拔外,其他拉拔角度下竖向极限位移均远小于水平极限位移。3）斜向拉拔承载力T_U(a)与对应埋深比竖向拉拔承载力T_u(90°)之比与荷载角度之间具有很好的线性关系。4）锚片上的土压力强度均受两种锚土相互作用机制共同影响,最大土压力强度系数与埋深比和土体内摩擦角有关,可达被动土压力强度系数的近两倍。5）荷载角度[0°,65°],螺旋桩斜向拉拔承载性状由水平方向控制,在[65°,90°]则由竖直方向控制。斜向荷载竖向分量可提高螺旋桩水平方向的承载力,但在设计判别时可将其视为安全储备不予考虑。     

环氧树脂灌浆料在风电机组基础环式基础加固中的应用研究

针对基础环式风电机组基础常见的开裂、冒浆现象,提出采用环氧树脂灌浆料修补T型法兰附近区域裂缝并填补磨空区。采用有限元软件ABAQUS建立未损坏基础和环氧树脂灌浆料加固后基础最不利截面处局部有限元模型,通过往复加载研究了基础的耗能性能,分析结果表明,环氧树脂材料加固后基础的耗能性能较加固前有大幅的提升。建立环氧树脂和水泥基两种不同灌浆材料加固后基础整体有限元模型,通过单调加载研究基础在极限荷载标准值和设计值下的应力应变分布,分析结果表明,和水泥基灌浆材料加固后的基础相比,环氧树脂材料灌浆加固后T型法兰和基础混凝土接触面的压应力分布更均匀,应力集中现象明显缓解,T型法兰上方混凝土塑性区范围明显减小。     

基于有限元的挡土墙主动土压力分析及经验计算

在挡土墙绕墙底转动模式下,基于有限元方法建立了有限元计算模型,研究了位移量、填土内摩擦角、变形模量等对塑性区及土压力分布的影响,考虑内摩擦角逐步发挥的基础上,对计算土压力的经验公式进行改进,并将其计算结果与有限元结果进行比较。结果表明,采用改进的经验公式得到的非极限状态的计算结果与有限元结果整体一致,从而验证了改进经验公式的合理性。     

海上风机单桩基础桩形影响因素分析

  [目的]  随着大直径单桩基础建造与施工能力的日益进步，单桩基础型式的应用正向更大水深发展，需要研究深水海域单桩基础不同桩形的优缺点，为同类工程提供参考。  [方法]  按高中低三种锥段位置，对广东阳江某海上风电场的单桩基础机位参数进行分组统计，分析其中的桩形选用规律。  [结果]  分析表明:高锥段大桩径设计会导致风机疲劳荷载偏高，机位浅层土中砂土和黏土的比例及具体力学指标决定了最佳桩形的锥段位置。  [结论]  通过对比研究:发现降低锥段是降低大桩径机位疲劳荷载的最佳方法，砂土含量高且内摩擦角较大的机位可通过提高锥段减小桩径，而黏土含量高地质偏软的机位则适用较低锥段的桩形。提出用单桩最优解的泥面刚度矩阵行列式大小来衡量机位的地基刚度水平，并分析了地基刚度水平与基础钢料量的关系。     

带构造柱混凝土多孔砖墙片抗震性能试验研究

通过带构造柱混凝土多孔砖墙片在低周往复荷载作用下的拟静力试验,研究了带构造柱混凝土多孔砖墙片的破坏特征与机理及构造柱与墙片的协同工作机理,分析了墙片在承载力、耗能、刚度、延性和构造柱钢筋等方面随荷载变化的特征与规律,基于有限元计算、等效弹性反应原理分别分析了墙片在低周往复荷载作用下的破坏机理、墙片的抗倒塌机理,获得了较多有益结论,对推动墙体改革、建筑节能和环境保护产生积极作用,具有显著社会和经济效益,为混凝土多孔砖在抗震地区的推广应用及相关规程的编订、修改提供了依据,可供借鉴.     

密实度对桩端承载力影响的离散元分析

为探究土体密实度对桩基的滑动面和破坏机理产生的影响,采用PFC3D软件模拟浅埋条件下的单桩在密实和松散砂土中的载荷试验,从微观角度揭示密实和松散两种状态对桩端承载机理的影响。结果表明,在桩端承载力与沉降位移的关系曲线中,密实地基的桩端阻力存在明显的峰值并出现沉降软化,松散地基的桩端阻力不断增大;通过颗粒速度场随桩体位移的变化,密实地基的破坏面与MEYERHOF G G提出的破坏面类似,松散地基的破坏面与VESIC A S提出的冲剪破坏面和局部剪切破坏面类似;通过颗粒位移场随桩体位移的变化,密实地基桩端附近土体发生侧向挤压和隆起而松散地基桩端土体仅发生严重的侧向挤压;通过分析地基破坏后的颗粒接触力,密实地基的力链有沿桩端向桩端以上的地基边界和桩身发展的趋势,松散地基的力链集中在桩底以下并向下传递;通过孔隙比和应力状态随加载过程的变化可知,密实地基发生土体剪胀,松散地基发生土体剪缩。     

某水电站厂房空心钢管混凝土排架柱动力损伤情况分析

为探讨在地震荷载作用下钢管混凝土排架柱可能的损伤问题,根据钢管混凝土组合排架柱中钢管和核心混凝土的受力特点和损伤规律,对混凝土采用多轴损伤开裂本构模型、钢管采用双线性本构模型,基于有限元软件ADINA建立了三维有限元静动力仿真分析模型,据此分析了静力、动力条件下钢管、混凝土的塑性损伤规律。结果表明,静力工况时混凝土无损伤;动力工况时钢管混凝土排架柱结构空心率不宜大于0.35,否则核心混凝土容易出现开裂,钢管易发生局部屈曲;动力、静力工况时排架柱的最大水平位移值均符合现行规范的要求。显然,空心钢管混凝土组合排架柱具有良好的抗震性能。     

三种粗粒土强度非线性描述方法的对比研究

为比较三种粗粒土强度非线性描述方法的优缺点及适用性,通过三轴试验研究了初始孔隙比和围压对粗粒土峰值强度的影响,并对三种常用的强度非线性描述方法进行了对比分析。结果表明,粗粒土的峰值强度随着初始孔隙比、围压的增大而减小,表现出显著的非线性;邓肯—张模型中的内摩擦角非线性公式和基于临界状态应力比的峰值应力比公式只能描述围压对峰值强度的影响,扩展后的公式能够同时反映初始孔隙比和围压对峰值强度的影响,且描述效果较好、稳定性较高;基于状态参量的峰值应力比的描述方法,理论清晰,效果较好,但对于粗粒土临界状态的描述还需进一步深入。研究成果可为公式选用提供参考。     

CFRP拉索型风电结构抗震性能研究

基于Davenport脉动风功率谱和自回归(AR)法模拟并验证沿海某风电场的常态风风场。建立CFRP拉索型风电结构的有限元模型,采用宁河天津波作为地震输入,进行考虑风荷载和地震荷载共同作用的结构非线性动力时程分析。结果表明,拉索型风电结构前三阶自振频率较传统型风电结构增加约20%。风荷载和地震荷载同时作用下,其轮毂水平位移、塔筒底部等效应力和最不利单桩轴力等关键性指标均比传统型风电结构显著减小,CFRP拉索内力也留有足够的设计裕度。因此,提出的拉索型风电结构是一种有效可行的风电抗震体系。     

含钙质砂无粘性土的渗透特性试验及经验模型

为进一步分析含钙质砂无粘性土的渗透特性,采用南海钙质砂与细颗粒石英粉作为试验材料配置试验土样,利用GDS高压三轴仪试验系统和常水头渗透仪,开展钙质砂含量、初始孔隙比和有效应力对无粘性土的渗透特性影响研究,并建立考虑有效应力的渗透系数经验模型。试验结果表明,钙质砂含量低于40%时,土颗粒结构为无粘性土基质,孔隙结构由细颗粒土决定;钙质砂土样结构为砂颗粒骨架结构,渗透系数量级显著增大;随有效应力的增加,试样渗透系数呈幂函数降低;建立含钙质砂无粘性土的渗透系数经验模型,模型参数与土样性质关系密切,计算值与试验值吻合度较好。研究结果可为工程实践提供参考。     

输电线路挤扩支盘灌注桩受力特性研究

针对基桩实际受力情况,采用数值模拟方法,构建了单桩和低承台多桩有限元模型,通过与相同地层条件、荷载条件及相同桩径的普通灌注桩进行对比分析,对挤扩支盘桩在竖向和水平荷载共同作用下受力性能进行了研究。结果表明,竖向上拔荷载和水平荷载存在明显的荷载耦合效应,挤扩支盘多桩中的群桩效应比等直径桩多桩显著,桩间距为5d时最小基桩效应系数为0.9。     

长期循环荷载作用对大直径单桩水平承载特性的影响分析

海上风力机结构体系长期经受波浪、风等水平循环荷载的作用,循环荷载的长期作用会引起桩周地基土体产生棘轮效应及形成密实沉陷区,研究长期循环荷载效应对风力机单桩承载特性的影响规律具有重要的工程意义。基于有限差分软件FLAC^3D计算平台,建立风力机单桩的数值计算模型,与既有桩基试验开展对比验证模型的有效性;随后引入长期循环荷载效应引起的桩周密实沉陷简化模型,开展海上风力机大直径单桩的承载性能对比研究,探讨考虑与未考虑密实沉陷区时桩基的变形、弯矩、p-y(土体抗力-桩基水平位移)曲线的差异,分析长期循环荷载效应对桩基承载特性的影响规律。结果表明,密实沉陷对单桩的刚性转动点位置基本无影响,但在桩基埋置的浅层区域,桩周密实沉陷区对桩基水平位移影响显著,且引起桩基弯矩发生突变。     

碎石桩加强软土地基的数值模拟研究

用碎石桩加强软弱土地基是水利工程中最常用的地基改良技术之一,但桩土界面处的显著水力梯度会促使粘土颗粒迁移到碎石桩孔隙中,导致阻塞,进而对软土的固结速率产生不利影响。同时,碎石桩的承载力大小主要取决于周围软土提供的侧向约束,而在深度较浅处所受围压较小,碎石桩可能发生侧向变形进而凸胀破坏。因此,基于快速拉格朗日有限微分数值模型,深入研究了碎石桩加固软土地基的荷载-沉降和固结特性,且分析了阻塞和侧向变形因素的影响。另外,模型还引入了时间变量,探讨了阻塞效应、荷载传递、横向变形随时间变化的特性,计算结果与实际情况有很好的一致性。     

多土层桩-土耦合效应对静止状态下近海超大型风力机地震动力学响应及屈曲的影响分析

以近海DTU 10 MW超大型风力机为研究对象,选用东海实测海床土壤参数构建桩周土水平抗力-桩基形变(p-y)曲线,并基于非线性弹簧单元建立纯砂土、纯黏土及多土层桩-土耦合效应模型,选取实测地震位移数据作为地震载荷,采用有限元方法对比研究了3种桩-土耦合效应下风力机动力学响应特性.结果 表明:多土层桩-土耦合效应下塔顶位移、塔顶前后位移及侧向位移峰值及其波动的剧烈程度小于纯砂土,但大于纯黏土,采用纯砂土或纯黏土构建桩-土耦合效应模型将导致预估响应结果不准确;不同桩-土耦合效应下,塔架一阶模态均被地震载荷诱发;地震作用时纯砂土桩-土耦合效应下塔架屈曲因子最小,多土层次之,纯黏土最大;塔架最大剪应力峰值位于塔架支撑结构处,地震作用时塔架下端易发生局部屈曲,结构设计时应重点关注此处.     

采煤塌陷区水面漂浮式光伏电站的锚固系统结构分析

在采煤塌陷区水域建设水面漂浮式光伏电站，可有效利用闲置废弃的水域，解决了在电力缺口较大且土地资源紧张的地区建设传统地面光伏电站的难题。水面漂浮式光伏电站中，光伏方阵在风荷载、波浪荷载和水流力的作用下，会产生较大的水平荷载，其锚固系统的设计成为难点，同时也是漂浮系统能否可靠工作的关键点。以某采煤塌陷区水面漂浮式光伏电站为例，对比分析了其锚固方案分别采用预应力高强度混凝土(PHC)管桩和普通重力式混凝土锚固块时的构造设计及经济性，并分析了与两种锚固方案配套使用的钢丝绳构造，最终选出最具经济性的锚固方案。分析结果表明：1)通过计算，锚固方案采用PHC管桩时，锚固设计主要由水平承载力控制；2)为适应光伏方阵在水位变化时产生的位移，锚固方案采用PHC管桩时，其桩头可采用“抱桩器+上下限位”的构造设计；锚固方案采用普通重力式混凝土锚固块时，需要在钢丝绳下增加一段弹力绳；3)在锚固点数量相同的情况下，在平均水深约为5 m的浅水区域，锚固方案采用PHC管桩可以提供更强的锚固力，且经济性较好。