钢管桩中剪力键分配系数的数值模拟

在深海工程中,一般采用剪力键连接钢管桩与码头上部结构,这一连接机制与剪力键的厚度、宽度、各键间距等因素有关,尤其是在多对键的情况下,各键间距是影响其受力机制非常重要的因素。目前,我国相关规范还未有系统的定论。采用ABAQUS软件,建立1/4段三维钢管桩轴向受力模型,并通过Gebman试验进行验证。结果表明:2对键的受力敏感区域为75～200 mm,3对键的敏感区间为100～150 mm;随着键数增加,敏感区间将受到压缩。     

钢管桩桩头剪力键间距优化设计

在码头和深海工程中常采用剪力键连接钢管桩与上部结构,以提高钢管桩的承载力及结构整体性。剪力键的间距是影响钢管桩桩头受力性能的重要影响因素。以桩头带两个剪力键的钢管桩为研究对象,建立8组有限元模型,利用Gebman试验报告中的试验值与数模值进行对比。结果表明:1)试验值与数模值误差较小,且变化趋势一致。2)钢管桩承载力和钢管桩桩头复合刚度随着剪力键间距的增大先增加后减小,剪力键间距介于1. 0D～1. 2D时,钢管桩整体受力性能最好。3)剪力键的最优设计间距始终在1. 0D附近,随着桩径的增加,剪力键的最优设计间距可适当减小。其研究成果为实际工程中钢管桩桩头剪力键的设计提供了重要的参考。     

沉管隧道剪力键应力分析及设计参数研究

沉管隧道接头的剪力键是沉管隧道接头中的重要构件，分析剪力键的受力及影响参数对沉管隧道的安全具有重要意义。以广州如意坊沉管隧道工程为例，采用Mazars损伤模型描述混凝土的损伤和刚度衰减，建立考虑剪力键材料损伤的沉管隧道三维精细化数值模型，研究差异沉降情况下沉管隧道接头剪力键的受力性能。同时，以剪力键的应力分布作为剪力键受力和安全性的评价指标，讨论剪力键的长度、端角形式和高度等设计参数变化对剪力键应力分布的影响，给出考虑剪力键损伤情况下相关设计参数的建议值，为沉管隧道工程接头剪力键的设计及优化提供理论支持与参考。     

钢管桩剪力键连接机制研究进展

钢管桩是高桩码头的主要结构型式之一,尤其是在深海中应用十分广泛。目前码头工程中一般采用剪力键连接钢管桩与码头上部结构,其连接机制与剪力键的尺寸、间距密切相关。发展至今,取得了丰富的研究成果,但仍存在一些技术难题。本文基于国内外大量文献资料,从理论研究、模型实验、物理模型三个方面对二者的连接机制进行系统地阐述,并提出了下一阶段所需要重点研究的问题,为后续剪力键的研究打下基础。     

船闸闸首横向荷载及不平衡剪力分配方法

为提高闸首底板分段法的计算精度及其适用范围,针对规范中横向荷载分配方法的不足,在深入分析边墩横向荷载扩散传递机理的基础上,提出并列铰接悬臂梁法;并首次进行横向整体平衡分析,给出横向不平衡剪力的分配方法。结合工程实例计算,证明横向荷载分配之后进行内力调整的必要性。提出的2结点并列悬臂梁法,能够考虑边墩高度的影响,并反映横向荷载、弯矩分配比例不同的特征。对于承受横向不对称荷载的闸首,还应进行横向不平衡剪力计算和分配。与有限元结果比较分析表明,经横向荷载分配、横向不平衡剪力分配、内力调整后,底板内力计算结果有较高的精度。     

UHPC管桩-钢立柱灌浆连接段结构设计与轴压受力机理研究

针对UHPC管桩与海上平台钢立柱可靠与快速连接的难题,提出了一种基于混合剪力键的新型灌浆连接结构.基于DNV规范开展了灌浆连接段的结构设计,利用ABAQUS软件对压弯荷载作用下灌浆连接段力学性能进行了分析,并对轴压荷载作用下的受力机理进行了研究.结果表明:在压弯荷载作用下,最上方钢键齿及最下方的混凝土键齿应力较高,各部...     

倾斜桩在水平荷载作用下的受力特性研究

在某些工程中,桩基呈现一定的倾斜度比竖直桩更具有承载性。现利用ABAQUS有限元软件分别对竖直桩、倾斜度为2°、4°、6°、8°的桩基进行横向受力加载,模拟桩基的真实受力环境。对桩基受力时的桩顶水平位移、桩身整体侧向位移、桩身的弯矩及剪力进行分析,对比竖直桩和倾斜桩,分析倾斜桩的横向受力特性。     

薄壁箱梁剪力滞效应分析综述

基于薄壁箱梁的受力和施工特点,从剪力滞现象产生的原因出发,分析了不同宽跨比及不同荷载形式对箱梁剪力滞效应的影响。介绍了剪力滞效应的分析方法,运用变分法和有限元法分别对变截面箱梁的剪力滞效应进行了分析。     

舰船拖航安全性影响因素分析

对影响拖航安全的因素进行了量化分析，运用模糊综合评价的方法给出了各因素的重要程度，建立了贡献度这一概念。并将其应用于评价拖航方案中分析影响拖航安全的因素。     

高桩码头前后沿同时系靠泊ROBOT数值模拟

高桩码头前后沿同时系靠泊会增加后沿船舶撞击力,使码头结构的横向位移及桩基内力发生变化,针对其受力特点,采用ROBOT对两侧系靠泊的高桩码头受力特性和变形进行数值模拟分析,验证了ROBOT对实际工程计算的适用性。通过较为完整的荷载组合计算分析,指出:对于两侧系靠泊的高桩码头后沿撞击力的增加使码头的横向位移变大,且对直桩的弯矩和剪力影响很大,在设计中应引起足够重视。     

爆炸消除焊接残余应力的数值模拟

焊接残余应力及其控制技术是重大工程结构物(例如反应堆、潜艇等)建造中关注的核心问题之一。爆炸法消除残余应力是近年来发展起来的高效、低成本的1种新技术,但对其机理的研究仍然相当缺乏。本文利用非线性有限元软件ABAQUS对爆炸消除焊接残余应力技术进行了数值模拟,同时考察了焊缝中夹杂的裂纹缺陷对爆炸载荷的响应。研究对象为70 mm厚的超厚钢板对接焊缝,焊接坡口为X型。本文主要完成了以下2项研究工作。1)将盲孔法测得的焊接残余应力分布预置到模型中,计算了爆炸载荷作用下不同布药方式时焊接残余应力的再分布,并将其与对应的实测结果进行比较。研究结果表明,金属材料的塑性流动是爆炸消除焊接残余应力的根本因素。2)在模型的焊缝区引入面状裂纹来表征焊缝中的凝固裂纹,利用ABAQUS用户自定义子程序开发的基于虚拟裂纹闭合法的三维断裂单元,计算能量释放率对爆炸载荷的响应。研究结果表明,爆炸载荷并不一定会导致裂纹的扩展。因此,本文的研究方法和结果对于爆炸消除焊接残余应力在工程应用领域具有指导意义。     

钢夹层板数值模拟技术(英文)

Sandwich plate systems (SPS) are advanced materials that have begun to receive extensive attention in naval architecture and ocean engineering. At present, according to the rules of classification societies, a mixture of shell and solid elements are required to simulate an SPS. Based on the principle of stiffness decomposition, a new numerical simulation method for shell elements was proposed. In accordance with the principle of stiffness decomposition, the total stiffness can be decomposed into the bending stiffness and shear stiffness. Displacement and stress response related to bending stiffness was calculated with the laminated shell element. Displacement and stress response due to shear was calculated by use of a computational code write by FORTRAN language. Then the total displacement and stress response for the SPS was obtained by adding together these two parts of total displacement and stress. Finally, a rectangular SPS plate and a double-bottom structure were used for a simulation. The results show that the deflection simulated by the elements proposed in the paper is larger than the same simulated by solid elements and the analytical solution according to Hoff theory and approximate to the same simulated by the mixture of shell-solid elements, and the stress simulated by the elements proposed in the paper is approximate to the other simulating methods. So compared with calculations based on a mixture of shell and solid elements, the numerical simulation method given in the paper is more efficient and easier to do.     

土与混凝土板接触面剪切试验研究

通过黏土与混凝土板接触面大型单剪试验和直剪试验,得到应力应变(位移)曲线以及抗剪强度曲线。两种试验的过程中都存在接触面积减小、应力不均匀以及土样实际位移小于所测位移的现象;单剪试验应力应变曲线呈应变硬化型,直剪试验应力位移曲线呈略微软化型;单剪试验的凝聚力大于直剪试验的凝聚力,单剪试验的摩擦角小于直剪试验的摩擦角;作用于结构面上的法向土压力较小时,接触面的破坏发生在土与结构的交界面上,法向土压力较大时,破坏发生在土与结构交界面附近的土体内。因此,在工程设计计算时,应根据情况取用不同的计算参数。     

PHC管桩抗剪试验研究

针对国内PHC管桩在水运工程中应用广泛但受剪承载能力计算方法尚未明确统一的情况,对3根直径800 mm、壁厚110 mm的PHC800B110-5型管桩进行抗剪试验研究.通过观察受剪状态下的裂缝开展、挠度变形、破坏状态,分析剪跨段桩身最大主应力、最大剪应力和主应力角度;研究试验桩的受剪破坏过程,得到试验桩的抗裂剪力和极限剪力.从试验结果可知,管桩在开裂之后到发生破坏仍然具有一定的承载能力.     

试验水池造流剖面数值仿真

为评估试验水池造流剖面流速分布，采用计算流体力学(CFD)软件对试验水池主体的造流剖面进行二维模拟和三维模拟。结果显示，射流倾角与流道高度对试验区水流流态具有关键性的影响。分层开启流道和不同流量配比工况可分段满足工艺指标要求的流切变，且横向水流的偏差不大于10.0%。二维模拟和三维模拟的结果存在一定差异，但整体趋势基本相同。因此，二维模拟可用于前期方案优化。     

基于颗粒流理论的深海沉积物土力学特性研究

深海沉积物剪切与承载特性是决定深海采矿车行走稳定性重要参数。分析深海沉积物的物理力学性质, 基于颗粒流理论，建立了具有高孔隙比、高含水率和长条状等特性的深海沉积物颗粒流模型。开展不同深度下的十字板剪切和静力触探的数值模拟，获得了深海沉积物剪切应力-转角及贯入阻力-深度曲线，初步阐明深海沉积物剪切与贯入细观破坏机理。研究表明，深海沉积物的剪切应力-转角及贯入阻力-深度的模拟曲线与原位测试曲线吻合，验证了深海沉积物颗粒流模型及数值模拟方法的正确性。深海沉积物的剪切与贯入破坏形式主要为沉积物颗粒的挤压破坏，且应力集中于触地边缘。     

考虑横向剪切的双层板架临界载荷计算

本文考虑横向剪切效应,建立了一种计算双层板架结构临界载荷的方法：将复杂的双层板架结构从其相邻结构中分离出来,用弹性约束计及相邻结构的影响,用正交异性板的方法描述其力学特性,用能量法求解双层板架结构临界载荷。结果表明该方法可靠,尤其适合在工程方案的论证阶段应用。     

高温镍基合金锯齿状切削数值模拟

利用有限元建立了高温镍基合金切削模型,得出高温镍基合金锯齿状切屑的应变率、应变及温度分布,用绝热剪切理论探讨了锯齿状切屑的成形机理。同时模拟了切削参数对锯齿状切屑变形程度的影响,研究结果表明：齿距及锯齿化程度随着刀具前角的增大而减小,随着切削速度、背吃刀量的增大而增大,为优化切削参数、提高工件加工表面质量提供参考。     

Structural mechanics for design of grouted connections in monopile wind turbine structures

Over the last 30 years it has become standard practice to connect offshore oil and gas structures to their foundation piles using cylindrical shaped grouted connections with shear keys or weld beads. Circumferential shear keys, or weld beads, are provided around the outside of the piles and the inside of the pile sleeves in jacket structures to transfer forces through the grouted connection. The same methodology is also now being used by the wind energy industry to connect wind turbine support structures to their foundation piles. These structures are subjected to rather severe dynamic loading, it is therefore important to document the fatigue capacity of these grouted connections. As a direct result of this need, a joint industry project focusing on the capacity of cylindrical shaped grouted connections with shear keys was initiated by DNV in January 2011 and continued through until completion in May 2012. This project has involved fatigue testing of grouted test specimens in the laboratory, finite element analyses and assessment and development of a recommended design methodology. The design methodology includes the Ultimate Limit State and the Fatigue Limit State. Fatigue testing of full-scale specimens would require very large test setup and hydraulic actuators. Therefore special box specimens were designed with a representative radial stiffness similar to that of large diameter connections, with both full size grout thickness and geometry of the shear keys. An analytical approach for design of these specimens and for the design of grouted connections in monopiles is presented in this paper.