超大直径钢管桩风机基础优化研究

针对近海风机基础中的超大直径独立桩基础的力学问题,结合实际工程,采用数值软件对其进行模拟计算,得 到桩长、桩壁厚与位移和应力变化曲线,以及局部改变桩壁厚和增加翼缘对桩位移和应力的影响。通过计算分析认为：桩 长和桩壁厚都在一定范围内对桩位移和应力有影响,桩壁厚局部变化对位移影响不明显,但对应力有显著变化;在泥面下 一定范围内增加翼缘能有效减小侧向位移, 并给出翼缘的最优入土长度和厚度,为实际工程提供设计依据。     

密排桩式堤波浪透射系数数值研究*

采用VOF（流体体积函数）方法进行液面捕捉,通过推板造波法模拟波浪产生,建立数值波浪水槽,研究密排桩式堤波浪透射系数与各影响因素关系,分析桩径、桩间净距、透空率、相对干舷高度、波陡等因素对波浪透射系数的影响,并结合数值模拟和物理模型试验结果建立密排桩式堤波浪透射系数计算公式。结果表明,密排桩式堤波浪透射系数随桩径增加先快速后缓慢减小,随桩间净距和透空率增加先快速后缓慢增大;干舷淹没情况下,透射系数随淹没程度的增大而增大并趋于平稳,非淹没状态下,透射系数随干舷距离水面高差的增大先增后趋稳;波陡对波浪透射系数没有显著影响。     

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。     

钢管桩基础周围海床在极端波浪作用下的瞬时液化分析

以广东某原油码头工程为例,基于不可压缩粘性流动的Navier-Stokes方程和Biot固结理论,建立极端波浪作用下钢管桩周围密实海床的有限元数值模型,得到海床动力响应的过程。通过敏感性分析的方法探讨波高、水深、桩径对瞬时液化深度的影响。其研究结果为可为工程项目提供解决工程问题的思路,也为类似工程提供安全性的参考。     

波浪作用下高桩墩式结构时程动力分析

外海桩柱结构受波浪作用强烈且动力性质明显。以国内某LNG码头的高桩系缆墩台作为工程背景,利用ANSYS进行了波浪作用下的结构时程动力分析。计算结果表明:在同一波要素下,模拟的不规则波浪产生的结构位移和应力响应峰值大于规则波10%～20%;在结构时程动力分析中初期波动剧烈的结果可以舍弃。     

深厚软土地基钢管桩静载试验研究

通过对软土地基中1根桩长52.5 m、桩径1 m的钢管桩的压桩试验、拔桩试验和水平静载试验,探讨软土地基中钢管桩工程性状和分布规律。结果表明:软土地基钢管桩水平静载试验的最大弯矩值在泥面以下2倍桩径处,且不随着荷载的增加而改变;软土地基的水平静载试验,按照按泥面位移10 mm进行位移控制时,其m值可取3 500 kN/m~4;软土地基由于侧阻力较小,压桩试验时,传递至桩底的轴力值与桩顶荷载的比例可达30%,而拔桩时,该值为12%左右。     

大直径植入式钢管嵌岩桩施工技术

浮式液化天然气接收和再气化终端平台（FRU）采用嵌固于海底的钢管桩加抱箍系泊方式，用以制约FRU的水平位移并承受波浪引起的作用力。该桩型主要特点是采用超厚钢管，嵌岩深度大，桩径大，施工难度高。经过专项方案的比选和研究，提出采用搭设水上施工平台、扩大孔径冲击成孔、整体植入钢管桩、在钢管下部预留孔洞、浇筑水下混凝土的施工工艺。该工艺较好地解决了嵌岩桩钢管内、外壁混凝土整体性问题，确保了工程质量，可供类似工程借鉴。     

垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤消浪性能及受力研究

浮式防波堤的锚固方式主要有锚链锚固式和导桩锚固式等,垂直导桩锚固的浮式防波堤在波浪作用下浮体主要进行升沉一个自由度的运动。通过二维波浪物理模型试验对垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的消浪性能和受力情况进行了研究。研究结果表明,同一波高下,垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数均随着相对宽度B/L的减小而变大。当浮箱相对宽度相同时,波高较大时垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数较小,尤其对于相对宽度较大(B/L0.2)的情况。与锚链锚固时相比,由于垂直导桩锚固时浮堤的波浪反射和波能损耗均明显增强,垂直导桩锚固时浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪性能明显提高。波浪作用下,垂直导桩所受的水平力大小随入射波高的增大而明显增大,导桩所受的正向水平力随着相对宽度B/L的减小(即波浪周期的增长)为减小的趋势,反向水平力随相对宽度B/L的变化规律不明显。     

基于旧码头改造的钢管板桩结构静力分析

结合国内某港区散杂货泊位改造工程,对基于高桩码头改造所产生的新建钢管板桩结构进行数值分析。首先,建立数值模型,将传统板桩码头前墙结构受土压力作用的数值计算结果与理论计算结果进行比较,验证数值方法的准确性;其次,基于此数值方法建立研究土体边界选取的三维数值模型,分析土体的边界范围对码头结构应力的影响;最后,对钢管板桩结构进行运营荷载作用下的三维数值模拟,对结构的应力及位移进行分析。通过数值模拟及理论分析发现:在钢管板桩结构数值模型中,当土体边界达到60～80 m时,可以忽略土体的边界效应;在码头面设计荷载作用下,新建结构所受土压力和产生的位移小于传统的板桩码头结构。     

卷破波冲击下透空式面板受力特性数值模拟

卷破波是近海环境中常见的破碎波浪，对近海结构物具有较大的破坏性。基于CFD软件FLOW-3D建立二维波浪水槽，对比5种形态的卷破波冲击下透空式面板的受力特性和波浪爬高情况，并讨论了面板相对净空高度、相对水深和迎浪面倾角的影响。研究表明：5个形态的卷破波中，P2形态卷破波的水平波浪力最大，P3形态卷破波的爬高最显著，P1至P3形态卷破波的竖向波浪力趋于相等；面板相对净空高度、相对水深和迎浪面倾角对卷破波冲击作用力和爬高有较大影响，相对净空高度的增大能有效削减卷破波冲击力和爬高，而相对水深的增加将导致透空式面板受到的卷破波水平、竖向波浪力和波浪爬高增大；随着迎浪面倾角从0°增大到60°,波浪爬高逐渐减小，卷破波作用力先增大后减小，P1形态卷破波的水平、竖向波浪力的变化幅度最大，P4形态卷破波的竖向波浪力减小幅度最大，P3形态卷破波的爬高减小最显著。