双层黏土中自升式平台桩靴极限承载力数值分析

海底层状地基极限承载力的预测是海上自升式钻井平台插桩作业设计的关键。目前,成层土地基极限承载能力的确定主要依靠经验公式,但其适用范围和限制条件并不明确。为了研究桩靴在硬软双层黏土地基中的极限承载力,将自升式平台的插桩过程视为桩靴在半无限弹塑性地基上逐渐贯入的准静态过程,将土体视为满足摩尔-库伦屈服准则的各向同性弹塑性体,桩土之间的接触定义为符合库伦摩擦定律的主从接触面接触,在ABAQUS平台上利用非线性有限元法对自升式钻井平台桩靴在硬软双层黏土地基中的极限承载力进行数值计算,分析上、下土层强度比和上层土相对厚度比对极限承载力的影响,并与现有经验公式的结果进行对比。结果表明,BrownMeyerhof公式和投影面积法只适用于硬软差别明显的双层土地基。当上层土相对厚度比H/B一定时,上、下层土强度比Sut/Sub越小,双层土地基的极限承载力越大。当H/B=1.0时,只有在Sut/Sub3.0的情况下才可用BrownMeyerhof公式计算其极限承载力,而投影面积法适用于4.0Sut/Sub6.0的情况。当上、下层土强度比一定时,上层土相对厚度比越大,下部软土层对双层地基极限承载力的影响越小。在Sut/Sub=3.0时,只有在H/B1.0的情况下,BrownMeyerhof公式和投影面积法计算的双层土地基的极限承载力才是合理的。上、下层土强度比越大,上层土相对厚度比越小,发生穿刺的可能性就越大。所得结论对于插桩作业的设计和施工具有一定的工程指导意义。     

自升式钻井平台桩靴贯入饱和砂土的机制研究

某在建水下生产系统附近有自升式平台的频繁桩靴插拔作业,采用了大直径薄壁钢圆筒作为水下生产系统的保护结构,因此钢圆筒在自升式平台桩靴插拔过程中的受力与变形备受关注。开展了离心模型试验,揭示了桩靴贯入过程导致的钢圆筒受力与变形规律;进而应用经离心试验验证的耦合欧拉与拉格朗日数值模拟方法,开展了筒-靴不同相对位置工况下,桩靴贯入对钢圆筒稳定性的影响分析。结果表明：桩靴贯入导致的筒壁附加应力及位移随筒-靴间距的增加而衰减,其衰减程度随筒靴间距的增加而减小,且由于筒靴间距的不同,钢圆筒对应存在两种受力模式。筒靴间距为2倍桩靴直径时,筒身附加应力可达110 MPa,表明桩靴对钢圆筒的影响距离可达2倍桩靴直径以上。

     

自升式钻井平台桩靴贯入饱和砂土的机制研究

为研究桩靴贯入饱和砂土的承载机制以及桩靴周围砂土变形机理，开展桩靴的抗压承载土工模型试验以及桩靴-土体相互作用的透明土试验，测得了桩靴荷载-沉降变化规律、桩靴周围砂土的位移向量场和等值线图，初步探讨了桩靴贯入饱和砂土时的承载机制与桩靴周围砂土变形机理。基于圆孔扩张理论及分段位移迭代算法，推导出静载作用下桩靴荷载-沉降变化规律；与试验结果的对比发现：计算误差约为11.7%。通过浅应变路径法(SSPM)计算得到桩靴周围土体位移理论值；与试验结果对比发现：计算误差在16.7%～26.3%。     

海洋石油942钻井平台插桩作业安全控制技术

自升式平台插桩作业安全控制不但可以保障平台和人员的安全,而且可以为下一步海上钻井作业的顺利展开奠定基础。本文着重分析了平台插桩的刺穿问题,给出了具体的评价方法,为海上平台插桩作业提供一定的参考。     

基于WIEGHARDT地基的桩弹性分析

基于梁挠曲线微分方程,考虑剪力对桩变形的影响,利用梁单元间变形、转角、弯矩和剪力协调条件,桩整体平衡条件,给出了Wieghardt地基模型下桩变形计算方法。根据与桩变形之间的导数关系,进一步得到桩的转角、弯矩和剪力表达式。算例分析表明,计算结果与有限元方法计算结果基本吻合,Wieghardt地基模型性能优于传统Winkler地基模型,考虑侧向连续性的Wieghardt地基模型能较好地模拟桩周土体对桩支承、约束及水平位移的影响。     

浅谈自升式钻井平台特殊结构的质量控制

自升式钻井平台的建造为我国海上石油的勘探、开采工作的展开提供保证。除了平台主体,自升式钻井平台有许多特殊结构,主要包括桩腿、桩靴、升降系统、桩悬臂梁及悬臂梁的支撑结构,这些结构保证了钻井平台功能的实现。本文将阐述这些特殊钢结构的质量控制过程及重点控制内容。     

自升式钻井平台插桩深度预测技术

自升式钻井平台插桩深度预测技术能够有效地指导现场的插桩作业。本文以海洋石油942号钻井船插桩作业为例,对插桩深度预测技术行了阐述,给出了合理可靠的插桩入泥深度范围,并与现场实测数据进行对比,证明了这种插桩深度预测技术的合理性。     

状态向量法在桩与地基相互作用分析中的应用

本文根据桩与地基荷载传递的机理，考虑到地基的成层特性，提出了用状态向量法分析桩与地基相互作用问题，考虑到桩土界面的非线性特性，用增量状态向量法分析桩与地基非线性相互作用问题，通过割线或切线迭代法，得出问题的解，文中给出了分析过程，给同了数值算例，计算的结果同实测的数据及文（３）中的结果作了比较。     

时间自适应在海洋平台桩靴上拔模拟中的应用

该文通过模型试验和时间自适应有限元分析的方法模拟了海洋平台桩靴的上拔过程。在有限元数值分析中引入了启发式和基于误差评估的两种时间自适应方法,有效解决了因时间步长的选取而引起的不收敛和计算效率低等问题。启发式算法通过控制收敛速度调整时间步长,有效预防了不收敛或收敛过慢,但时步调整较为粗糙。基于误差评估的时间自适应有效控制了计算误差,能够平滑地调整时间步长,相比于启发式算法更具有精确性和稳定性。通过试验和数值方法得出海洋平台在上拔桩靴时需克服海床土体吸附力,采用时间自适应方法可以高效模拟桩靴位移时程的非线性问题。     

多高层冷库采用CFG桩复合地基的设计探讨

目前,常用的CFG复合地基设计方法是通过复合地基承载力初选参数,根据复合地基变形情况调整参数最终确定工程适用承载力。基于此,本文介绍了CFG桩复合地基的特性,论述了承载能力和变形计算方法,结合工程实例分析了其可行性,重点突出了多高层冷库采用CFG复合地基的优势,对CFG桩复合地基在多高层冷库建筑中的推广应用做出了探讨。     

膨胀土地基中单桩受扭非线性分析

膨胀土地基中桩-土相互作用较为复杂,膨胀土浸水对单桩扭矩承载特性的影响机理尚未明确。该文基于荷载传递法建立桩身位移控制方程,考虑膨胀土浸水隆起对桩侧摩阻力及桩端边界条件的影响,利用有限差分法求解出桩侧竖向摩阻力的分布。在此基础上,结合边界元法提出膨胀土地基浸水后单桩受扭的非线性分析方法,揭示了桩侧环向摩阻力的分布规律,并通过模型试验验证了该文方法的正确性。研究表明:膨胀土地基浸水膨胀引起的地表隆起会使单桩的扭矩承载力大幅度降低,常规的计算方法高估了基桩的极限扭矩和桩-土体系加载刚度,偏于不安全;浸水前单桩的桩身扭矩沿桩身近似线性减小,浸水后桩-土界面"滑移段"的扭矩接近于桩顶扭矩,"未滑移段"桩身扭矩近似线性减小;随着膨胀土膨胀率的增加,单桩的抗扭能力降低,且桩-土界面"滑移段"的长度也在增加。     

复杂地基极限承载力的数值模拟

针对复杂地基极限承载力计算的关键难点,应用土体极限平衡分析中的条分法,建立了一个比较精确的基于一般滑动面的复杂地基极限承载力的数值模拟方法;在数学力学分析的基础上将问题归结为一个优化数值分析模型,然后导入著名的模拟退火算法并结合随机搜索法建立了一种有效的耦合算法,编制了相应的计算程序;通过与现场试验的对比分析证实了方法的有效性,从而为复杂地基极限承载力的计算和分析提供了一条有效的途径。     

考虑附加抗力影响的单桩水平受力分析方法

单桩基础受水平荷载作用时,桩身截面转动引起的竖向摩阻力形成土对桩的附加抗力矩,同时桩端土对桩也有一定的附加抗力效应。为了研究桩身和桩端附加抗力对单桩水平承载特性的影响,该文基于API规范推荐的砂土摩阻力模型,结合桩身径向土压力引起的极限摩阻力增强效应,推导出砂土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解;采用API规范推荐的黏性土摩阻力模型,推导出黏性土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解。基于双曲线桩端竖向应力-位移模型,在考虑桩端桩-土界面脱开效应的基础上,得到了桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解,桩端水平剪力的离散数值解;进而提出基于Winkler地基梁模型的有限元计算方法,并编制了程序。通过对比试验数据,初步验证了该文方法的正确性,进行了水平承载力的参数分析,结果表明:随着长径比的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比逐渐减小;而随着桩直径的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比并未显著变化。     

型钢再生混凝土柱正截面承载力试验及数值模拟

为研究型钢再生混凝土柱的正截面承载力,对7个试件进行低周反复加载试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了试件的承载力和弯矩-转角滞回曲线,分析了再生粗骨料取代率、轴压比和体积配箍率对试件正截面承载力的影响。在试验研究的基础上,利用数值积分法编写型钢再生混凝土柱的正截面承载力分析程序,得到构件的N-M相关曲线及正截面极限承载力,计算结果与试验结果吻合较好。利用数值模拟程序对构件的N-M相关曲线进行参数分析,获得了混凝土强度等级、型钢强度、配钢率和加载角度的影响规律。     

海上风电大尺度顶承式筒型基础承载力特性有限元分析

与现有的海上风电传统筒型基础相比,新型筒型基础--大尺度筒顶承载式筒型基础凭借其特有的宽浅式筒顶承载模式和更大的承载能力已经越来越受到关注。所以,合理地建立此类新型筒基基础的极限承载力和地基的破坏包络面,分析其承载特性,对于该基础结构设计和实际应用过程中的安全性和稳定性研究起着重要的作用。通过大型有限元软件ABAQUS,利用位移加载控制方法﹑Swipe试验加载方式和荷载-位移联合控制搜索方式,对5MW海上风机大尺度筒型基础的两种典型形式进行承载力特性弹塑性分析和对比,得出在单方向荷载单独作用下,弧线型筒型基础的极限承载力比直线型高出6%~8%,在荷载组合作用下,弧线型筒基比直线型有更广泛的三维破坏包络面,即弧线型筒基在各个方向上的极限破坏值,都要比直线型的要大,表现出更好的承载性能;同时对两种大尺度筒型基础的破坏模式进行分析。研究结果为进一步的基础结构选型和优化设计提供参考依据。     

消除负摩阻力扩体挤密桩的研制及力学特性分析

针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题,提出一种既可以消除负摩阻力,又能提高承载力的扩体挤密新型桩,对其结构构成和工作机理进行详细阐述.根据扩体挤密桩的结构特性,建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型,采用复变函数方法,求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角,推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式.结合算例采用...     

超长桩承载特性的数值拟合

在工程实践中超长桩极限承载力一般难以确定,且在利用有限元对其进行分析的过程中土体参数难以选择。为了解决以上问题,编制了桩基础反分析程序对实际工程进行了数值拟合求出计算参数,同时又进行了正分析。反分析采用直接分析法并用复合形法求解目标函数方程。正分析程序中土体模型采用非线性弹性Duncan-Chang模型,桩土界面采用Goodman接触面单元。计算所得的极顶位移、桩身轴力、侧摩阻力与实测结果能较好地吻合,表明该方法是切实可行的。     

地铁区间施工对近接既有桩基及周围土体影响的研究现状及其思考

随着地铁建设的的发展,新建隧道近接既有桩基础的情况越来越多,并且与之相关的工程问题成为一项亟待解决的课题。通过桩基础承载力、变形规律及新建地铁对既有桩基础承载力影响等方面的分析研究,本文提出了真实反映新建地铁施工对既有桩基础影响,应全面考虑“空间—时间—工法”效应印工程的近接情况、施工进度、施工方法等具体的条件因素。     

锈蚀和疲劳耦合作用下梁桥时变承载力评估

钢筋混凝土桥梁在环境和荷载双重作用下将出现锈蚀、粘结退化和疲劳损伤,现有承载力计算方法不能同时考虑三者的综合影响。根据已有成果系统阐述锈蚀、粘结退化和疲劳损伤对承载力的影响,分析锈蚀和疲劳耦合作用下的钢筋面积退化情况。根据锈蚀钢筋与混凝土界面间的变形协调关系推导多因素影响下截面协同工作系数的表达式,提出同时考虑锈蚀、粘结退化和疲劳损伤的承载力计算方法。以钢筋混凝土简支梁为例,对其承载力退化过程进行理论分析和数值模拟。结果表明：所提出的承载力评估方法可以合理准确地反映桥梁在疲劳和锈蚀耦合作用下的承载力退化过程,可为计算锈蚀和疲劳耦合作用下桥梁承载力评估提供参考。     

工程结构极限承载力上限分析的弹性模量缩减法

基于弹性模量缩减法和基准体法,建立了工程结构极限承载力上限分析的方法。该法结合弹性有限元法进行迭代分析,以广义屈服函数表达的单元承载比作为弹性模量调整的控制参数,根据单元承载比均匀度确定模量调整的阀值——基准承载比,利用单元应变能转化中的能量守恒原理建立单元弹性模量调整策略,通过缩减高应力单元的弹性模量模拟结构弹塑性损...