地震作用下高桩码头钢管桩塑性区及损伤特性研究

为研究地震峰值加速度和钢管桩径厚比对高桩码头钢管桩塑性区及损伤特性的影响规律,选取径厚比分别为64、82、100的三种钢管桩,采用p-y土弹簧模拟桩土相互作用,分析了三种钢管桩全直桩码头结构在不同地震峰值加速度下的动力时程,并根据桩身截面的最大应变判别其塑性区域及地震损伤水平。计算结果表明,钢管桩塑性区出现在桩顶和淤泥质粉质粘土层中,桩顶塑性区长度在0~2.09 m范围内,土内塑性区处于泥面以下3.2~8.7m的范围内。随着地震峰值加速度的增加,钢管桩塑性区长度和损伤程度呈上升趋势,在三种钢管桩中,径厚比为100的钢管桩塑性区长度和损伤程度相对较小。     

竖向地震作用下框架结构竖向刚度矩阵的计算

计算了平面串并联多质点系结构在竖向地震作用下的竖向刚度矩阵。从平面串并联多质点系结构的总刚度矩阵中,采用静力凝聚法,消去竖向力和竖向位移与其它广义力和广义位移之间的耦联关系,得出框架结构在竖向地震作用下考虑水平梁和节点转角影响的竖向刚度矩阵。     

纵向水平地震作用下全直桩码头结构Pushover分析

为研究全直桩码头结构的抗震能力,以江苏某全直桩码头结构段为例,采用SAP2000软件对结构进行了纵向静力弹塑性分析,讨论了不同桩基刚度等因素对Pushover分析结果的影响,得到了荷载因子-顶点位移关系曲线、桩身高度-纵向位移曲线、码头结构的屈服次序和位置及桩基内力等规律。结果表明,桩径的增大可提高结构所能承担的极限水平荷载;纵向水平地震作用下桩基以纵向受弯破坏为主,桩基纵向弯矩由海侧向陆侧逐渐增大;塑性铰一般由陆侧向海侧发展,同一排桩沿纵向由一端向另一端发展,同一桩基由底端向顶端发展。     

全直桩码头结构的静力与动力弹塑性分析

以江苏国华镇江港全直桩码头结构段为研究对象,针对全直桩码头的结构特点,基于《水运工程抗震设计规范》中的抗震计算方法,采用动力弹塑性分析方法和静力弹塑性分析方法,计算得到了码头结构的基底剪力—桩顶位移关系曲线、桩顶最大位移、塑性铰分布。结果表明,利用两种方法计算得到的基底剪力—桩顶位移曲线相关不明显;利用动力弹塑性方法得到的桩顶最大位移与利用静力弹塑性方法得到的性能点目标位移相差不大;两种方法分析得到的塑性铰位置分布相接近,即塑性铰主要分布在桩底和桩顶,并首先出现在陆侧桩底,然后向海侧发展,但利用静力弹塑性方法得到的塑性铰较多,分析结果偏保守。     

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。     

水平力作用下框架码头桩侧向土压力的模型试验研究

为分析水平力作用下框架码头桩侧向土压力的分布规律,通过土质岸坡框架码头模型试验,分析了一定水深条件下在水平推力作用下桩前后侧向土压力沿深度方向、水平方向的分布规律,探讨了框架码头土体岸坡潜在滑动面的位置。结果表明,各桩的桩后侧向土压力比桩前侧向土压力大;同一根桩上,随着距桩底距离的增加,侧向土压力呈先增大后减小再增大的趋势;随着距坡顶水平距离的增加,桩后侧向土压力呈倒"~"变化趋势变化,桩前侧向土压力呈"~"趋势变化。这为工程实践中框架码头岸坡的受力变形特性提供了参考依据,具有一定的现实意义。     

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     

高桩码头桩群水流阻力近似计算方法

针对港口建设可行性研究中高桩码头桩群阻力特征基础性研究数据缺乏的问题,引入群桩中单桩的纵向遮蔽影响系数和横向干扰影响系数,提出了桩群阻力计算公式;应用Fluent标准κ-ε紊流模型构建了码头桩群阻水模型,利用数学模型获得了顺水流纵向桩体的遮蔽影响系数、垂直水流横向桩体的干扰系数;同时采用物理模型,在30m×3m×0.26m(长×宽×高)的循环水槽中进行了高桩码头桩群模型试验。结果表明,桩群阻力试验值与计算值相接近,该公式可为实际高桩码头桩群涉水问题的应用研究提供借鉴。     

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。     

地震作用下高速公路立交桥桥桩对渠道倒虹吸结构的影响

针对跨线桥在地震作用下对相交的倒虹吸结构的影响,以南水北调中线工程中某相交的倒虹吸与高速公路钢管拱桥为例,根据地质、倒虹吸结构、公路桥桥桩等资料,利用ADINA有限元分析软件建立了平面有限元模型。利用时程分析法分析了水平地震作用下桥桩与土体及倒虹吸结构体系的相互作用,以及静荷载与地震荷载作用下桥桩对倒虹吸结构工作性态的影响,并对结构安全作出评价。结果表明,跨线桥对倒虹吸结构的位移值影响不超过15%,与不考虑跨线桥作用的工况相比最大加速度放大系数减少到15%,且加速度误差在工程误差范围之内;最大拉应力为混凝土最大抗拉强度的2倍多,可能出现拉裂破坏。     

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。     

水平往复荷载下砂性地基PHC管桩抗震性能分析

为研究水平往复荷载下砂性地基预应力高强混凝土(PHC)管桩的抗震性能,采用有限元软件ABAQUS建立三维PHC管桩-砂土模型进行非线性分析。通过对比有限元分析结果和试验结果,验证了该模型的可靠性。通过在桩顶施加水平往复荷载,利用该有限元模型分析了PHC管桩滞回特性、位移延性、耗能能力和累积损伤,研究了轴压比、入土深度、砂土内摩擦角和孔隙比等因素对PHC管桩抗震性能的影响。计算结果表明,水平往复荷载下PHC管桩和桩周砂土逐渐产生塑性且塑性区逐渐扩大;减小轴压比或砂土孔隙比、增大入土深度或砂土内摩擦角均可改善砂性地基中PHC管桩的位移延性和耗能能力,降低PHC管桩的累积损伤,提高PHC管桩抗震性能;轴压比是影响PHC管桩抗震性能的重要因素。研究成果可为PHC管桩码头抗震设计提供参考。     

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。     

基于多跨连续水闸底板结构的桩基布置方案优化研究

为减少不均匀沉降,提高上部结构整体景观性,上海市某水闸工程拟采用多跨连续整体式底板结构型式。针对多跨连续整体式结构受力机理复杂的特点,基于共同作用原理对均匀桩基布置、不均匀桩基布置等不同桩基布置方案进行Plaxis有限元数值协同分析,研究各方案下底板内力、沉降值情况。结果表明,相比于桩基均匀布置,软土地区多跨连续水闸底板下桩基不均匀布置对控制底板弯矩、减小不均匀沉降更为有利。其中,桩基边侧加密布置方案较桩基均匀布置和墩下桩基集中布置情况更优,底板上部最大弯矩显著降低的同时,桩基受力更为均匀。     

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。     

Projected beam irradiation at low latitudes using Meteonorm database

The quantitative analysis of beam radiation received on a solar concentrator may be understood by evaluating the projected solar height angle or profile angle along the north–south vertical plane. This means that all the sunrays projected along the north–south vertical plane will be intercepted by a collector provided the projection angle lies within the acceptance angle. The Meteonorm method of calculating solar radiation on any arbitrary oriented surface uses the globally simulated meteorological databases. Meteonorm has become a valuable tool for estimating solar radiation where measured solar radiation data is missing or irregular. In this paper we present the projected beam solar radiation at low latitudes based on the standard Meteonorm calculations. The conclusion is that there is potential in using solar concentrators at these latitudes since the projected beam radiation is more during winter periods than in summer months. This conclusion is in conformity with the design principle of solar collectors for worst case conditions.