考虑桩土非线性作用的近海风机高桩平台地震响应分析

分别建立全斜桩承台与全直桩承台三维有限元模型,研究了地震荷载作用下桩基的动力响应。考虑了地震引起的水体惯性力对动力响应的影响,并通过引入p-y曲线修正系数考虑了桩基倾斜对桩轴垂向桩土作用的影响。结果表明,在单桩的情况下,地震动水压力对桩基的弯矩与位移存在明显的放大效应;不同单桩的位移反应峰值发生在同一时刻,倾斜方向与峰值时刻地震加速度方向一致的桩承载性能最优。对于带承台的群桩,地震动水压力的放大效应没有单桩时明显,各个方位斜桩以及直桩之间弯矩与位移差异较小;直桩的位移峰值大于斜桩,而斜桩弯矩均较直桩在泥面以下处有一定的减小,但在承台交界面处较直桩更大。     

基于桩-土相互作用的内河架空直立式码头地震响应分析

采用有限元法,分别建立桩-土-码头结构模型、地基刚性假定的码头模型和工程计算简化的码头模型。通过模态分析和动力时程分析,得出3种码头模型的基频和水平位移最大值,以及码头立柱内力的最大响应值。研究表明:与地基刚性假定模型相比,由桩-土-码头结构模型所得的结构基频、水平位移最大值、立柱的剪力和弯矩值将会减小,轴力值基本不受影响;与工程计算简化模型相比,结构的基频、立柱的剪力和弯矩值将增大,但是水平位移最大值将减小,轴力值基本不变。     

基于ABAQUS的带承台扩底桩竖向承载性能分析

本文运用ABAQUS有限元软件分别对单直桩承台与单扩底桩承台模型进行了数值模拟,研究竖向荷载下桩基承台的沉降特性。通过计算得到竖向载荷作用下桩的荷载-沉降曲线以及桩侧摩阻力曲线。根据数值模拟得到的曲线,进而分析桩基承台竖向承载性能。     

新夏港双线船闸双排对拉板桩结构受力特性

为研究新夏港双线船闸闸室中隔墙双排对拉板桩结构的受力特性,利用ABAQUS有限元软件进行双闸室完整建模分析。采用修正剑桥模型模拟两侧闸室土体的同步开挖,对比分析施工期对拉板桩与单锚板桩的结构特性差异。运行期对双排板桩施加水压力,研究中隔墙整体变形特征、桩间土承载变形特性。结果表明:施工完建期,对拉板桩位移远小于单锚板桩,但两者变形相似,弯矩和土压力分布规律一致,且差值极小。运行期,宽矮的中隔墙在向低水侧闸室的侧向位移中,以剪切变形为主。板桩土压力增量与各自承受的净水压分布有关,还受上部连杆传力和低水侧横撑反力的影响。桩间土在传递、扩散侧向压力时,产生侧向压缩,并可分担中隔墙的大部分剪力。中隔墙弯矩主要由两道板桩分担。现有的双排板桩结构简化计算方法,尚无法反映桩间土抗剪的作用,值得进一步研究。     

海岸软土地基桩-土相互作用的数值模拟及应用

桩基础是高桩码头整体结构受力的关键。通过建立桩-土的理论受力模型,对桩体、土体及其相互作用进行理论分析,采用傅里叶级数收敛法对对称的模型进行求逆简化,为计算机求解给定方向。在ANSYS有限元分析软件中通过APDL语言对桩-土相互作用模型进行编程化建模和加载,计算后得出桩体、土体的整体变形规律和桩侧摩阻随桩深的变化规律,将模型计算结果与现有的试验结论进行分析对比。结果表明:傅里叶级数收敛法在对称模型刚度矩阵求逆过程中可以将许多元素变为零,以增加计算机的计算效率;桩体、土体的整体位移在不同荷载作用下发生微小差异,桩土摩擦阻力呈分段线性分布,其中在入土深度32 m处应力达到最大值,在工程中应对该处布置更多纵向持力钢筋。     

高桩+低宽承台结构方案设计

高桩+低宽承台结构为非常规码头结构,兼有板桩的挡土护岸和高桩的桩基特性,对此,现有规范未给出成熟、系统的计算标准,较难实现结构设计。基于实际工程,探讨计算泥面线等设计条件和结构设计内容,基于弹性地基梁法采用ANSYS有限元软件进行结构计算,分析各构件的受力特点,得出"低桩承台卸荷效果优于高桩承台、前板桩的内力与承台的宽度和高程直接相关,而受承台刚度、承台桩基结构和布置的影响不大"等结论。     

船撞全直桩码头的损伤分析

采用集中参数模型和附加质量法分别考虑桩-土相互作用和动水压力作用,应用碰撞接触算法模拟船舶与码头碰撞效应,对全直桩码头进行了船舶撞击作用下的动力损伤分析。结果表明,考虑动水压力作用对船撞码头的碰撞力、码头位移和基桩损伤影响较小,基本可以忽略;考虑桩-土相互作用对船撞码头的位移和基桩损伤影响较大,不可忽略。同时分析了撞击位置、撞击角度和撞击速度对船撞码头结构损伤的影响。结果表明,撞击位置在码头边缘、撞击角度为90°(垂直于码头前沿)时对码头不利;撞击速度越大,码头破坏越严重。     

高桩码头大跨度非完全排架结构承载特性

针对高桩码头大跨度非完全排架结构承载特性问题,采用ANSYS建立三维模型,研究不同工况对其结构承载特性的影响。结果表明:门机荷载对该新型结构的桩基内力影响较大,均布荷载主要影响中纵梁和横梁内力,而门机荷载则主要影响轨道梁内力;此外,中纵梁下方的桩基轴力明显较轨道梁下方桩基轴力大,而桩身弯矩则由码头前沿向陆侧逐渐增加;相邻排架间轨道梁下的双直桩对轨道梁的内力起到应力重分配的作用,使各轨道梁受力更加均匀,有利于各跨轨道梁协同作用、共同发挥承载作用。     

分离卸荷式板桩码头中桩基-卸荷承台结构的卸荷机理研究

分离卸荷式板桩码头结构是在传统单锚式板桩码头结构的基础上通过前墙后方埋深的桩基卸荷承台结构承担部分荷载从而实现卸荷效应。为了研究该码头结构的卸荷机理,文章通过有限元数值模拟对分离卸荷式板桩码头结构在施工过程中的承载特性进行研究,并通过对比工程原型观测数据验证模型的正确性。在此基础上,通过对比单锚式、双排桩和分离卸荷式三种板桩码头结构在相同工况下的结构内力与变形以及应变能差异,分别探究桩基卸荷承台结构的双排桩和卸荷承台结构的卸荷效应及其组合后的影响。结果表明双排桩在水平方向通过自身抗弯能力与桩土间相互作用达到对前墙的遮帘作用,而卸荷承台在竖直方向形成土压力卸荷区减小前墙荷载,此外卸荷承台与双排桩之间能相互影响,增强系统的稳定性,提高桩基卸荷承台结构的承载能力与负荷比例,达到更好的卸荷效果。     

水平荷载作用下两种桩土模拟算法对高桩码头横向排架的影响

以某码头工程为例,横向排架按柔性桩台考虑,将实际结构图简化得到其计算简图;基于m法和假想嵌固点法,分别采用弹性嵌固和固端约束模拟桩土相互作用,利用ANSYS建立2种有限元模型计算水平力作用下横向排架的内力和变形;采用SPSS对计算结果进行数据统计分析。结果显示:当显著水平α取0.05时,采用m法和假想嵌固点法计算桩土相互作用对水平力作用下横向排架的内力和变形的影响无显著差异。     

PHC刚性管桩基础上的闸首底板内力计算方法

为了合理解决复合桩基上的闸首底板内力简化计算问题,分析复合桩基沉降机理,基于应力与沉降分解法给出桩与桩、桩与土、土与桩和土与土的沉陷系数计算式,结合并列铰接地基梁法建立考虑桩-土-结构共同作用的计算模型。依托高石碑船闸工程实例,通过与查表法的对比验证计算程序的可靠性,研究在不同工况时底板单宽弯矩、沉降、地基反力的变化规律。结果表明,该模型计算的桩土分担比与有限元分析结果接近,计算精度可以满足结构简化分析的需要,能合理反映基桩的根数、以及间距与桩长不规则等因素对底板沉降和内力的影响。运营期相对于完建期而言,地基均处于回弹状态、底板弯矩增量有正负值,可优化调整底板宽缝封闭前边墩浇筑高程、回填土高程,使得运营期出现的正负弯矩接近相等。     

高桩墩台桩土共同作用对结构内力的影响*

根据广州某高桩墩台结构断面图和土层参数勘察报告,建立了包含墩台、桩基及土层的三维有限元模型。桩土界面采用面面接触模型,允许桩土分离及滑移,通过接触应力反映桩基土对桩的侧压力和摩阻力。分析得出了高桩墩台在多种荷载组合下的应力场和位移场,以及各桩的弯矩图和轴力图。并进一步将有限元结果与以丰海高桩墩台计算程序为代表的传统嵌固点法计算结果相比较,分析了2种方法单桩轴力图、弯矩图的差异及原因,同时分析了桩基土对结构内力的影响,得到桩排中的最大轴力弯矩桩的位置及单桩上轴力弯矩极值点的位置,为传统的嵌固点法计算结果提供了一些修改与补充,从而为高桩墩台结构设计提供参考。     

整体温差作用下高桩码头基桩内力计算方法

为研究高桩码头完建后整体温差对基桩内力的影响,结合工程实例,建立三维有限元模型,对上部平台温变规律进行分析,认为斜桩、直桩对上部平台温变约束作用均可忽略不计,平台处于自由温变状态,存在水平位移为零的温变发散中心。基于刚性平台自由温变规律,提出了考虑斜桩码头平动扭转的三维算法,三维算法的桩顶位移、内力与有限元结果接近。对于全直桩或近似对称的斜桩码头,还可简化为平动的二维算法。并给出了直桩、斜桩内力的估算简式,由估算式可知,位于发散同心圆上的直桩内力大于斜桩内力,桩顶轴力、弯矩与桩径2次、4次方成正比,桩径对温差内力的影响显著。     

PHC管桩力学性能的中英标准对比

针对东南亚地区采用中国标准的PHC管桩与英标的对接问题,基于英标对混凝土结构的一般规定,确定了英标应用于PHC管桩力学性能计算的方法,计算项目包括:材料强度、预应力损失、轴向允许最大工作压力、抗剪承载力、抗裂弯矩、极限弯矩,并将这些力学指标与我国常用标准的计算结果进行对比。对比结果表明:英标计算结果总预应力损失、有效预压应力接近;轴向允许最大工作压力偏小;抗剪承载力设计值、抗裂弯矩和极限弯矩设计值偏大。结果为海外工程中PHC管桩标准的使用提供了参考。     

竖向荷载作用下高桩码头桩土耦合分析研究

根据桩-土耦合特性,考虑桩-土之间的接触力学行为,建立桩-土耦合的有限元计算模型。通过该模型计算分析基桩几何特性、材料特性以及土的力学特性,及其对基桩竖向承载力、摩阻力及桩身轴力分布的影响,其结论可为高桩码头桩基的设计提供参考。     

考虑桩-土作用的PHC管桩极限变形及其影响因素分析

单调荷载作用下PHC管桩的极限变形是判断结构损伤的一项重要参数。为了解桩、土参数对PHC管桩在单调荷载作用下变形的影响,采用ABAQUS有限元软件的纤维梁单元模型和共结点法,建立考虑桩土相互作用的PHC管桩有限元模型,使用P-y土弹簧模拟桩土相互作用,混凝土采用UCONCRETE03本构模型,预应力纵筋采用USTEEL02本构模型,分析配筋率、桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比等参数对PHC管桩极限变形的影响规律。计算结果表明:桩基极限位移随桩基配筋率的提高而增加,但随桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比的增加而减少,并拟合单调荷载作用下的PHC桩基极限位移的计算公式。     

饱和砂土振动液化过程中桩的响应数值模拟

首先通过桩土相互作用的振动台模型试验模拟饱和砂土的振动液化过程,并实测桩身应变等数据,为数值计算提供可供比较的试验数据;其次依据饱和弱化土层p-y关系,利用拟静力计算方法,应用温克尔地基梁模型数值模拟饱和砂土振动液化过程中桩身弯矩。通过拟静力计算结果和试验结果的对比分析,认为当桩顶惯性力的折减系数为0.6时,数值模拟结果成立。     

参数法计算桩的内力与位移

分析了桩在桩端弯矩和水平力共同作用下桩土共同工作时,用幂级数法求解参数法的微分方程,推导出了桩的内力与位移的具体计算式,从而求得桩身各截面的水平位移、转角、弯矩、剪力,以及桩侧土抗力。     

预压软土地基对超长群桩承载性状的影响

建立超长桩和土体共同作用的三维非线性有限元数值模型,采用预压排水固结法研究软土地基预压后超长桩的承载特性,分析地基土固结沉降、桩身侧摩阻力、桩顶位移-荷载曲线和桩身轴力的变化规律。通过运用控制变量法对预压时间和预压荷载以及不同土质的预压效果进行分析,对比分析单桩与群桩对预压效果的敏感度,并分析固结度对超长桩承载性状的影响。结果表明:预压能较好地改善地基、提高超长群桩的承载能力。增大预压荷载,可增大土体的固结沉降和桩身侧摩阻力;延长预压时间,可提高桩身侧摩阻力,减小桩顶沉降和桩身轴力;预压对群桩的影响好于单桩;固结度越大,超长群桩承载性能越好;对于粉质黏土、黏土以及淤泥质粉质黏土,当预压时间分别达到90 d及180 d时,地基固结基本完成,预压不再改变土的力学指标。     

桩基重力式支护结构的不同计算模型

桩基重力式支护结构由重力式胸墙和双排桩组成,是一种半刚性半柔性支护结构。对该结构的设计,相关单位根据规范采用平面钢架弹性支点法计算下部双排桩,同时将上部胸墙简化为悬臂梁进行计算,但由于胸墙为刚性体,受力特征及对双排桩的约束与悬臂梁不同。为了系统研究该结构在不同计算模型中的变形及内力分布特征,对比规范设计和实体模型的计算结果。结果表明:参照相关规范设计时,上部胸墙产生线性位移,后排桩的弯矩及剪力都大于前排桩;而在实体计算模型中,上部胸墙发生平动位移模式,由于基坑开挖受到主要的土压力差作用,前排桩产生的弯矩和剪力都大于后排桩。