考虑波浪破碎冲击力的钢管桩水平承载力的数值研究

钢管桩广泛应用于码头等海岸工程结构中,其水平承载力因海洋荷载动力环境复杂而难以确定。特别是极端天气情况下的海浪易发生破碎,可对钢管桩产生巨大的冲击力。文章结合工程资料和波浪破碎理论,基于ABAQUS有限元分析软件,建立了卷破波作用下的钢管桩-地基相互作用模型,并应用此模型进行了破碎波产生的冲击力作用下直立桩的破坏分析,研究了工程区域百年一遇极端波浪对钢管桩Mises应力和泥面处位移的影响。分析结果表明,当考虑波浪破碎时,桩身的Mises应力远大于未考虑波浪破碎时的Mises应力,故工程设计时有必要考虑波浪破碎的影响。并进一步分析了钢管桩壁厚和桩径对水平承载特性差异的影响,发现当考虑波浪破碎时,随着壁厚和桩径的增加,水平位移减小的程度大于未考虑波浪破碎时水平位移减小的程度。     

钢管桩桩壁厚度对砂性土沉桩性状的影响

以一维应力波为动力沉桩的理论基础，编制了波动方程特征线法的动力沉桩分析程序，然后对某海洋石油平台工程的沉桩性状进行数值仿真分析，定量地研究了桩壁厚的变化对在砂性土中沉桩性状的影响，并得到一些结论。     

翼板长宽比和夹角对加翼桩水平承载性能影响分析

加翼桩是优化的单桩基础形式,适用以承受水平荷载为主的风电基础。文章基于ABAQUS有限元分析软件构建加翼桩三维数值仿真模型,选择5种长宽比的矩形翼板、4种夹角梯形翼板研究翼板形状对加翼桩桩身位移、弯矩、应力和极限承载力的影响。研究结果表明,矩形翼板长宽比和梯形翼板夹角对加翼桩水平承载性能影响较大,翼板对加翼桩泥面处水平位移的影响远大于桩身最大弯矩的影响,相同翼板面积时扁长形翼板对加翼桩水平承载力的提升效果明显优于竖长形翼板,倒梯形翼板对加翼桩水平承载力的提升效果优于正梯形和矩形翼板。     

竖向均载下轻钢门式刚架极限承载力有限元分析

基于非线性板壳有限元结构分析方法，运用有限元分析软件ANSYS，对轻钢门式刚架考虑柱腹板屈曲，梁腹板不屈曲的极限承载力进行材料、几何双重非线性分析，研究了柱腹板高厚比、翼缘宽厚比、斜梁坡度、高跨比等几何参数的变化对刚架极限承载力的影响．计算结果表明：增加柱腹板厚度、柱腹板高度、翼缘厚度、斜梁坡度、高跨比可以提高刚架极限承载力；柱腹板高厚比在60～135范围内，翼缘宽厚比在9～15．43范围内变化时对承载力影响较大；而斜梁坡度在1／8～1／24范围内，高跨比在1／12—1／8范围内变化时对刚架极限承载力的影响较小，工程分析时可以忽略它们的影响．     

栏杆对钢引桥受力的影响

为了研究栏杆对钢引桥结构受力的影响,本文以某工程钢引桥为研究对象,利用通用有限元程序ABAQUS分别建立了考虑栏杆作用和未考虑栏杆作用的实体有限元模型。在相同设计工况作用下,对比分析了结构主梁的挠度,主梁上下翼缘应力值,横梁上下翼缘应力值以及结构模态。通过对比分析得到结论:在相同设计荷载工况作用下,考虑栏杆作用后,结构主梁挠度,主梁上下翼缘应力值,横梁上下翼缘应力值均有明显减小。通过特征值分析发现,栏杆主要影响简引桥结构的竖向刚度,但对其横向刚度及抗扭刚度影响较小。     

密排支护桩挤土效应研究

预制基坑支护桩因其线形密排,桩间距较小,沉桩挤土效应比较严重,对基坑外的建(构)筑物和基坑内的桩基础产生不利影响.通过对多层土体中密排支护桩沉桩挤土效应的三维有限元分析,得出挤土过程中土体的应力与应变、水平位移与竖直位移的变化规律;即水平位移随距桩心的距离加大而急剧衰减,在距排桩轴心两侧5～8倍桩径范围内,土体水平位移衰减较快;在沉桩过程中,地表土体的隆起量受桩入土深度的影响小于桩尖和桩中部土体隆起量变化,桩周附近地表水平挤土位移最大值约0.8m左右,地表竖向挤土位移均值也在0.5m左右.所得结论可用于指导实际工程.     

考虑腹板屈曲的门式刚架极限承载力参数分析

运用ANSYS对门式刚架在考虑梁柱腹板皆屈曲后的极限承载力进行双重非线性分析,研究了水平荷载、腹板高厚比、翼缘宽厚比、斜梁坡度、高跨比等参数对刚架极限承载力的影响.研究表明:工程范围内,水平荷载对刚架极限承载力的影响较小,可以忽略不计;腹板高厚比在80～200范围内,翼缘宽厚比在7.7～15.4范围内,高跨比(高度变化)在1/18～5/36范围内变化时,对刚架极限承载力的影响较大;高跨比(跨度变化)在1/12～1/7范围内变化时,对刚架极限承载力的影响较小;斜梁坡度在1/24～1/8范围内,刚架极限承载力基本不受影响.     

单侧边载作用下黏土中单桩负摩阻力特性模型试验研究

桩基础边载作用会在桩周产生负摩阻力,进而危及软土地区高桩码头、人工岛、路基等工程的安全。通过开展黏土中单侧堆载作用下单桩室内模型试验,测定桩身应变、桩顶沉降和水平位移,研究边载作用距离和桩型对桩身轴力及弯矩的影响,探讨桩身负摩阻力、桩顶沉降和水平位移在黏土固结过程中的时间效应。结果表明:边载作用距离对桩身最大轴力和最大弯矩有较大影响;翼板桩会增加桩身最大轴力和最大弯矩;负摩阻力和有效应力系数随时间增长且增速趋缓;增加边载作用距离和添加翼板都会提升桩身中性点位置,在这两组试验中均提升了8.33%。     

基于ANSYS零阶方法的海上风机单桩基础优化分析

采用ANSYS有限元软件模拟了某海上风机单桩基础,考虑风、波浪、海流等环境荷载的共同作用对风机基础进行了拟静力分析,基于ANSYS零阶优化方法对桩基尺寸进行了优化。在保证位移、应力及稳定性要求的前提下,减小了桩基壁厚,优化后使桩基的总体积减小了33.4%,达到了轻型化设计目的;结合优化过程中目标函数、设计变量和状态变量的变化规律,提出了桩顶位移是优化设计的主要限制条件,结构设计时可以考虑进行形状拓扑优化;在保证桩顶位移的情况下,可以适当减小桩基础某些地方的壁厚,使材料的强度得到充分的利用。     

ZP350D自升式钻井平台桩腿围阱区域的细化研究与设计

自升式钻井平台的桩腿围阱区域是指船体与桩腿固定,相接触的区域。一般在总体强度计算中,对桩腿围阱区域的结构都作较大的简化,故计算刚度与真实刚度有一定误差,从而影响到桩腿围阱区域附近的节点位移与应力。因此,为了得到更接近真实值的应力,本文在总体有限元模型的基础上,对桩腿围阱区域进行局部细化,通过对计算结果的进一步分析,对桩腿围阱区域进行了相应的结构优化设计,最后得出了具有实用价值的结论。     

软土地基上板桩码头结构方案研究

以某软土地基上的板桩码头工程为例,采用地下连续墙作前墙、混凝土梁连接前后桩基的设计方案。考虑到软土地基的材料非线性,地基土体采用邓肯-张模型,并使用有限单元法分析板桩码头各构件的应力分布规律和变形特点。另外,采用多种方案对比的方法对码头结构设计方案中的前墙入土深度和两排PHC桩基的桩长进行研究。分析前墙入土深度和PHC桩长对板桩码头位移和内力的影响,并给出前墙入土深度和PHC桩长的优化结果,为工程实践中板桩码头的结构优化设计提供依据。     

局部桩基础和复合地基上的土石坝三维分析

结合太仓市第二水厂蓄淡避咸水库大坝的地基加固处理工程,针对桩基础和桩长纵向渐变复合地基,应用三维快速拉格朗日法对较大规模群桩进行计算,分析了不同桩径、桩距和桩长复合地基对坝体和坝基的应力、位移的影响。     

基于水平钢架的全直桩系缆结构优化设计

与传统斜桩结构相比,全直桩结构完全以自身抗弯能力来承受水平荷载,在相同受力条件下存在桩径大、竖向承载力没有充分发挥、工程投资偏高的特点.针对该问题,提出一种新型含水平钢架的全直桩结构,以某工程系缆墩为例,采用空间模型进行计算分析,确定优化结构方案,并在该结构的桩基中间位置利用水平钢架与桩基进行连接.结果表明,增设水平钢...     

主桩套板结构受力特性研究

主桩套板结构作为一种板桩墙结构形式,各构件受力情况较复杂。结合工程算例应用NL法进行水平承载力计算,并利用ABAQUS有限元分析软件建立3D桩土模型进行数值模拟,以验证理论方法的可靠性,发现主桩承担了绝大部分荷载,套板所受横向弯矩较竖向要大得多。基于ABAQUS研究不同套板尺寸下主桩的力学特性,着重分析当套板宽度、厚度和入土深度发生变化时主桩的弯矩变化,结果表明主桩的受力情况深受套板宽度的影响,其跨中最大弯矩随套板宽度的增加而明显增加,而套板厚度和入土深度对主桩的影响相对较小,在实际工程中可以根据需要做适当调整。     

基于桩土相互作用的桩体自沉及屈曲稳定性研究

海洋工程中的钢管桩直径大、桩壁薄、设计长度较长,使用的打桩锤质量大、能量高。在打桩施工中的置锤瞬态过程,须要确定桩身位于泥面以上的自由站立长度及对其进行稳定性分析。结合海洋工程设计实例,应用欧拉-拉格朗日联合分析法(CEL法),对大直径钢管桩在自重及打桩锤静力作用下的下沉过程进行模拟。提出了在给定地基土质条件下确定桩体自沉深度的方法。应用改进的Riks法,考虑桩身变形的几何非线性与桩土相互作用,建立了桩土三维有限元模型,结合实际工程分析桩身的屈曲稳定性。     

桩靴形式对PHC桩穿透性能的影响

坦桑尼亚某水工项目桩基施工采用直径800和1 000 mm两种类型的PHC桩,针对不同桩靴形式的基桩穿透性能进行研究。从桩尖形式、桩靴长度、钢桩靴与PHC桩连接方式对PHC桩沉桩总锤击数、贯入度变化进行统计,结合不同桩靴形式在相同地质条件下的贯入度、桩身应力、能量等参数进行对比。结果表明,外突十字桩尖PHC桩穿透性能最强;桩靴长度增加其基桩穿透能力增加,但桩靴长度大于5 m时,其基桩穿透能力增加不明显;钢桩靴与PHC桩法兰盘采用斜角坡板焊接能减少沉桩过程土阻力,基桩贯入度较大,更易穿透至设计高程。     

半刚性水泥搅拌桩软基加固三维数值模拟

半刚性水泥搅拌桩加固处理的海堤软基沉降计算等问题基本以复合地基法为主。为对比分析复合指标与实体桩计算结果的差异,结合某斜坡式海堤工程实例,以岩土有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,分别采用实体桩及复合指标建立水泥搅拌桩海堤软基加固稳定性分析的空间弹塑性有限元数值模型。结果表明,实体桩模型能够较清晰地模拟出桩间土体的"土拱"效应、桩头平面处桩土间的沉降差,以及水泥搅拌桩对于桩间土体的"约束"作用,更为真实地反映软土地基的位移及应力分布情况。分析成果对类似工程以及半刚性桩加固处理软基的数值模拟计算具有一定的参考意义。     

砂性地基中船坞基坑降水对临近板桩码头位移影响分析

在砂性场地中建造船坞时,船坞基坑降水施工对临近板桩码头的位移有较大的影响,甚至会出现板桩墙的位移向岸侧移动的现象.结合新加坡某新建船厂工程,对船坞基坑降水施工过程中板桩位移的实际监测成果进行分析与研究,并应用PLAXIS有限元程序进行数值模拟分析,其计算结果进一步验证了监测结果位移趋势的正确性.     

带翼板沉箱在直立式码头结构中的应用

带翼板沉箱作为新型沉箱结构,与常规沉箱码头结构相比,可有效改善码头前波浪反射情况、减小墙后土压力、降低工程投资,采用类似结构的梳式防波堤已有实际工程案例,但是,目前带翼板沉箱在后方有回填土的直立式码头中使用较少。介绍了带翼板沉箱结构在大连松木岛件杂货码头中的应用,分析波浪以及墙后填土对梳式码头结构的作用,对沉箱翼板尺度的选取进行研究,为此类新型结构的应用提供参考。     

Static and dynamic loading behavior of a hybrid foundation for offshore wind turbines

Considering the deficiencies of the traditional monopile foundation for offshore wind turbines (OWTs) in severe marine environments, an innovative hybrid foundation is developed in the present study. The hybrid foundation consists of a traditional monopile and a wide–shallow bucket. A series of numerical analyses are conducted to investigate its behavior under the static and dynamic loading, considering various loading eccentricities. A traditional monopile with the same steel volume is used as a benchmark. Although the monopile outperforms the hybrid foundation in terms of the ultimate moment capacity under each loading eccentricity, the latter can achieve superior or the same performance with nearly half of the pile length in the design loading range. Moreover, the horizontal load and moment are mainly resisted by the bucket and the single pile in the hybrid foundation respectively. The failure mechanism of both the hybrid foundation and the monopile is excessive rotation. In the rotation angle of 0.05 rad, the rotation center is located at the depth of approximately 0.6–0.75 times and 0.65–0.75 times the pile length for the hybrid foundation and the monopile respectively. The increasing loading eccentricities can lead to increasing moment bearing capacity, increasing initial stiffness and upward movement of the rotation center of the two foundations, while decreasing load sharing ratio of the single pile in the hybrid foundation. Three scenarios are considered in investigating the dynamic loading behavior of the hybrid foundation. Dynamic response results reveal that addition of the bucket to the foundation can restrain the rotation and lateral displacement effectively. The superiority of the hybrid foundation is more obvious under the combined wave and current loading.