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。     

基于静载试验的海上风电钢管桩砂土p-y 曲线研究

基于福建某近海风电项目2根钢管桩基础水平静载试验,获得桩身弯矩和位移随深度变化规律:桩身最大弯矩位于泥面以下1D(桩径)深度附近,桩身位移在泥面下约7 m达到零值。通过实测p-y(地基土水平抗力-桩水平位移)曲线,讨论中粗砂地层的初始刚度和极限抗力随深度变化规律,并分别给出考虑桩径、埋深影响的修正公式,并在此基础上提出修正双曲线模型计算砂土的p-y曲线,并与API(American Petroleum Institute)规范及双曲线模型进行比较。结果表明API规范高估了p-y曲线的初始刚度而低估了极限抗力,计算结果在桩基变位较小时偏于危险,在桩基变位较大时偏于安全;双曲线模型同时低估了初始刚度和极限抗力,计算结果偏于保守;此外,对于泥面以下0.5D范围的中粗砂地层,各类方法均低估了p-y曲线的初始刚度和极限抗力,建议适当增加。     

局部冲刷作用后海上风电桶型基础破坏包络面特性研究

基于有限元软件单元生死功能模拟局部冲刷坑的形成,并联合使用Swipe加载法和固定位移比法,研究局部冲刷后桶型基础在竖向荷载V、水平荷载H及弯矩M复合加载下的承载能力变化。结果表明：局部冲刷作用对桶型基础水平和弯矩极限承载力削弱程度明显;V-H和V-M这2种复合加载模式下,增大竖向荷载V会提高桶基水平和弯矩极限承载力;局部冲刷后V-H和V-M破坏包络线具有相似曲线形状,据此提出数学表达式;H-M复合加载下桶基在第一象限内的破坏包络线呈单调递减趋势,且随着冲刷深度增加其承载能力呈抛物线趋势下降。通过单调及二维复合加载明确了冲刷作用后桶型基础承载力变化,进一步绘制出冲刷深度S_d=0.2D工况下V-H-M三维破坏包络面,可为实际工程中冲刷作用后桶型基础受复合荷载时的承载状况提供参考。     

水泥土搅拌桩复合地基在软基处理中的应用

由刚性桩、水泥土搅拌桩及桩问土组成的复合地基,其承载力是由桩和桩间土共同分担的,通过刚性桩和水泥土搅拌桩的施工,实现对桩间土的挤密加固,可充分发挥和利用地基土的承栽潜力,有效地解决软土地基承栽力不足的问题。     

海上风电三筒导管架基础复合加载模式下承载特性分析

为了研究海上风电三筒导管架基础在海洋土中的承载性能,文章对其在复合加载模式下的破坏包络线进行了探究,绘制了两种不同长径比三筒导管架基础的三维承载能力包络面,对比了极限工况下两种基础法兰及导管架处的倾斜率。结果表明：一定范围内的竖向荷载提高了基础的水平及弯矩极限承载力;三吸力筒式导管架基础的承载性能要略优于三吸力桩式导管架基础,且两者在不同荷载作用下的承载模式略有不同。总体而言,基础直径较大、筒高较小的三吸力筒导管架基础的承载性能要更强。     

海上风电基础修正p-y曲线模型研究

单桩基础是海上风电基础中应用范围较广的基础形式,目前工程中在分析桩土相互作用及单桩位移时常采用API规范推荐的p-y曲线模型进行计算。随着桩土理论的不断发展和进步,现有的API规范推荐的p-y曲线模型在应用于大直径桩的分析和计算时,其结果低估了不同深度处土体的极限土抗力,高估了初始地基反力模量,因而降低了计算结果的准确性。该文针对该问题,分析了现有p-y曲线法中影响极限土抗力和初始地基反力模量的因素;通过建立桩土相互作用的有限元数值模型,对不同桩径和土体深度的计算模型进行分析和数据回归,引入修正系数来考虑大直径桩的尺寸效应,并讨论了不同因素影响指数的变化规律,最终建立了适用于大直径单桩基础的修正p-y曲线模型。最后通过与模型试验和现场试验的结果对比,修正后的模型对极限土抗力和初始地基反力模量的计算更加符合实际情况,从而验证了修正p-y曲线模型的可靠性与合理性。     

基于实测数据的海上风电大直径桩p-y 曲线研究

对砂土的小直径桩实测p-y(水平抗力-水平位移)曲线进行分析计算。分析桩土参数对实测p-y曲线的影响,并选用合理的标准化参数对各p-y曲线进行归一化,选用双曲线拟合归一化曲线。分析目前土体极限抗力的研究成果,选取合理的双曲线模型参数。由双曲线模型推得大直径(4~6 m)单桩的实测p-y曲线,通过软件ABAQUS和SACS对实例进行对比分析,证明双曲线模型以及参数选取的有效性及适用性。由双曲线模型得到的大直径p-y曲线形式简单,同时计算过程较简化。通过参数的选取,可充分考虑桩径和施工效应等因素的影响,普适性较好,可广泛用于工程中水平受载海上风电基础大直径桩的p-y曲线分析。     

基于现场试验的钢管桩分层土p-y 曲线研究

基于江苏某海上风电项目2 m直径钢管桩水平单调加载试验,实测获得桩身弯矩、桩身位移随深度变化规律——桩身最大弯矩位于泥面以下3倍桩径深度附近,桩身弯矩与位移零值点随水平荷载增加逐渐下移。基于现场试验推算浅层土反力随位移变化关系,揭示分层土中土反力受土层厚度与地基反力系数的综合影响。综合m法和双曲线法p-y曲线,考虑分层土的地基反力系数、弹簧节点影响范围、深度及桩径等因素对地基土初始刚度的影响,在此基础上该文提出双曲线法,并与m法、API规范法、双曲线法等进行比较。结果表明:m法只考虑了线弹性变形,在计算桩基的水平小变形时与实测结果接近;API规范p-y曲线计算结果偏于保守;双曲线法p-y曲线计算水平位移值偏小,结果偏于危险;该文提出的双曲线法计算结果与实测值吻合良好。     

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。     

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。     

两段变直径桩的解析分析及工程应用

桩在水平荷载作用下的内力与位移计算,桩基设计规范推荐使用m法。m法的缺点是,当为了显著增大桩的水平承载力而在靠近承台的区域将土进行换填时,该处的土实际的刚度与其假定相距甚远。采用2K法进行水平荷载作用下桩的内力与变形分析,重点把握土的两个侧向弹簧刚度。2K法在工程中的应用是广泛的:承台附近土换填或加固,或将桩顶附近弯矩较大的桩身部分设为更大的直径,上段桩土弹簧刚度将增大,在一定的水平荷载作用下,桩顶位移将减小,桩的水平承载力得到提高而节省工程造价;如果在计算模型中未建立桩单元而欲求得桩顶反力,则采用变直径桩解析分析获得的位移函数和内力函数可计算桩的内力用于配筋;对于箱型基础、大型筏板基础,可较为精确地考虑其对桩顶的嵌固作用而提高桩的水平承载力;上部结构的刚度使得桩顶部有侧向支撑,桩身弯矩变小,也可优化桩基设计;对于桩基上的动力机器和块式基础,可以认为块式或承台是上段大直径桩,由此获得的上段桩侧向土弹簧刚度将非常可观,可用于优化桩基设计。如果考虑将桩建入计算模型,可以通过本方法得出的四个刚度参数输入到弹簧支座刚度矩阵中,能够节省桩建模及其内部单元带来的大自由度,计算模型更容易维护,其这也是一体化建模发展过程中的一个重要里程碑。     

长江下游某通用码头散货泊位PHC-钢管组合桩钢管桩长度确定

针对长江下游地区某物流通用码头散货泊位处水体较深、软土（淤泥质粉质粘土）较厚等不利岩土工程条件,确定采用PHC-钢管组合桩作为地基基础,而确定组合桩中的钢管桩长度部分尤为重要。为此,在考虑土体软化特点、桩土接触关系、桩身沉降等基础上,采用FLAC3D软件构建了PHC-钢管组合桩—土模型,进而计算了6根PHC-钢管组合桩中不同钢管长度时的桩身极限承载力、轴力、侧摩阻力。结果表明,钢管桩较短时,组合桩的极限承载力较高;改变钢管桩长度,使PHC管桩与钢管桩的接桩部位处于粉质粘土、粉细砂层时,轴力与侧摩阻力变化较大;接桩部位位于持力层时,缩短钢管桩长度会降低整桩极限承载力及接桩部位的侧摩阻力。通过对比分析钢管桩对组合桩桩身极限承载力、轴力、侧摩阻力的影响程度,最终确定组合桩中钢管桩长度5 m时为最优选择。     

竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度对其承载力特性影响

针对我国大型深水港口工程及跨海大桥工程中大直径钢管桩的承载力特性研究较少的问题,以湛江某集装箱码头中的大直径钢管测试桩A为例,通过对数值计算与现场静载试验数据的对比分析,确定了ABAQUS有限元软件对大直径钢管桩承载力数值模拟的有效性,表明该软件能对大直径钢管桩承载力特性进行定性和定量分析,继而分析了竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度（桩径和桩长）对其承载力特性的影响。结果表明,随钢管桩桩径的增大,其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端阻力随之减小,桩端沉降与桩顶沉降之比亦逐渐减小;随桩长的增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力均显著提高,但桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小,因此在设计中应选取合适的桩长并以桩身变形作为控制参数。     

竹根沙海域单桩基础竖向承载力特性数值模拟研究

[目的]江苏省主要风电工程位于岸外辐射沙洲海域,研究该地层大直径单桩承载性能具有重要意义.[方法]基于辐射沙洲钢管桩试桩试验,建立单桩基础FLAC3D数值模型,开展不同直径钢管桩基础承载性能数值模拟研究.[结果]结果表明:FLAC3D数值模拟所得钢管桩桩顶的竖向荷载-位移曲线(Q-s曲线)与实测曲线变化趋势基本一致;随...     

角钢输电塔外贴槽钢并联加固承载能力研究

[目的]现有角钢输电塔已持续运行多年,结构损伤导致使用性能降低,同时老旧输电塔设计承载力已不满足现有规范设计要求。为了解决老旧输电塔承载力不足的问题,提出了1种角钢外贴槽钢并联加固方法,通过试验研究与有限元分析获得了加固结构承载力,并提出了基于弹性分析的屈曲临界荷载公式。[方法]为了获得构件的承载力,设置了2组试件的轴压试验,开展了2种构件轴压有限元数值模拟:未加固角钢、角钢贴合槽钢;根据破坏形式推导了基于弹性分析的薄板屈曲临界荷载计算公式。[结果]轴压试验结果表明:未加固角钢试件发生弯扭破坏,角钢贴合槽钢试件发生局部屈曲破坏,加固构件承载力可有效提高。[结论]角钢贴合槽钢改变了原有角钢的失稳破坏状态提高了角钢承载力,建立的有限元模型可真实反映加固构件破坏状态,理论计算公式可准确计算加固构件的轴压承载力。     

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。     

嵌岩桩单桩竖向承载力性状研究

用三维有限单元法对嵌岩灌注桩的桩侧阻力、端阻力、嵌岩深度进行了分析计算。讨论了侧摩阻力对桩承载力的影响,桩承载力与嵌岩比的关系,以及不同岩层与端阻比的关系,并提出了不同桩长的桩具有最佳嵌岩深度。     

加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响

为分析加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,定量分析软粘土地基中单桩和三种典型加载方向下加翼桩的受力变形特性和极限横向承载力。依据数值分析结果,采用数值逼近方法建立了加载方向影响系数k3的经验公式,以反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,对现有计算方法进行了补充,并对其适用性进行了分析。结果表明,加翼桩横向位移和内力的分布与单桩的规律相似,桩身和翼板连接处易出现应力集中现象,极限横向承载力较单桩的显著提高。加载方向对加翼桩极限横向承载力影响较大,当横向荷载与前翼板夹角增大,极限横向承载力显著降低。经验公式计算精度良好,可较好地反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,可为工程设计提供参考。