海洋结构物沉箱吸附力的试验模拟

吸附力是海洋和港口工程中常见的一种力,一般是指位于海底软粘土中的沉箱或其他坐底式结构等建筑物,在起浮过程中,底面与软土之间相互作用所产生的力。吸附力是影响结构物起吊的主要阻力,研究吸附力可为合理选用起浮设备提供依据,对实际工程有着重要意义。     

波浪作用下斜坡上护面块体应力分布的数值模拟

文章基于SPH方法和FEM/DEM方法建立了SPH-FEM/DEM的二维流固耦合数值模型,模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法模拟,结构物边界采用虚粒子模拟,护面块体结构的受力、运动和变形采用FEM/DEM方法模拟。不同块体间的接触力采用基于势函数的罚函数法来计算,采用中心差分的显式方法来求解有限元单元的变形。应用ANSYS软件和数值模型对静水压力作用下的混凝土方块的内部应力分布进行了比较模拟分析,验证了所建立的耦合数学模型。通过数值计算给出了波浪作用下位于斜坡上的护面块体的动水压力和块体内部的应力分布,讨论了块体内不同角点位置处的应力变化特性。     

考虑沟槽深度及土体吸力影响的SCR与海床土体循环作用分析

悬链线立管与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大,而管土作用的机理又十分复杂,海底沟槽以及海床土体吸力都会对立管力学特性产生影响,文章以Aubeny等提出的管土作用完整P-y曲线为基础,在有限元分析软件ANSYS中采用非线性弹簧模拟海床土体,计算中考虑了土体吸力;模拟了三种位移幅值下管土循环作用时沟槽深度的变化,分析了沟槽段各点弯矩及应力随深度的变化规律,同时对比了三种情况下管道最深点的弯矩及应力随加载时间的变化关系,为进一步分析管土循环作用提供了参考。     

波浪作用下斜坡上护面块体断裂破坏的数值模拟

基于FEM/DEM方法建立原型尺度数值模型,模拟波浪荷载作用下斜坡上护面块体内部的应力分布和断裂破坏过程。其中结构物所受的波浪力采用微幅波的理论解计算,块体之间的运动、接触以及块体变形采用FEM/DEM方法模拟。采用基于势函数的罚函数法计算块体之间的接触力,采用Single/Smeared破坏模型模拟混凝土块体开裂,采用中心差分法的显式积分算法进行数值求解计算。分别采用文中数值模型与ANSYS模型对自重作用下块体的应力进行比较分析,给出了块体碰撞破坏的两种形式,验证了数值模型应力和变形计算的精度。通过数值模拟给出了不同波浪荷载下斜坡上护面块体的运动、内部应力分布、裂缝形成和断裂过程,给出了不同点的应力历时曲线,探讨了块体的应力变化和断裂破坏的特性。     

箱型沉垫地基吸附力作用机理及影响因素

坐底式平台与自升式平台在浅海油气开发中得到广泛应用。坐底式平台与沉垫式桩脚自升式平台的沉垫在坐底时与海底地基相互作用,产生地基吸附力,而极限地基吸附力的作用机理及其影响因素一直是计算分析的难点。通过土体应力场与渗流场耦合场的非线性分析,提出大尺度箱形沉垫与海底地基吸附力的作用机理及计算方法,并对土体参数、上拔速度和沉垫底部开孔等研究,明确地基吸附力的影响因素,提出减小地基吸附力的可行方案。     

港口工程离心模拟技术研究与应用

在土工离心模型试验过程中,针对各种港口工程结构物的特点,科学提出相应的地基模拟技术、结构物模拟技术、量测技术以及港口工程中涉及的波浪荷载模拟技术和港池开挖卸载模拟技术等,对土体与结构物之间相互作用机理进行合理分析,并定量地得到工程结构的一些关键技术参数,如结构内力和整体结构稳定性等,有力推动土工离心模拟技术在港口工程中的应用。     

桩土作用下斜桩对高桩码头岸坡稳定性的影响

考虑船舶撞击力、堆货荷载等外荷载对码头岸坡与后方桩台的作用,利用ABAQUS有限元软件对高桩码头布置斜桩的后方桩台与岸坡土体进行模拟,并对其桩土相互作用和结构稳定性进行分析。对位移场、应力场等云图中的模拟结果进行分析,结果表明：斜桩承受水平荷载能力优于竖向荷载,与直桩可以很好地形成遮帘作用,保证岸坡土体和结构物稳定。     

饱和黏土地基对结构物的吸附力研究

吸附力是港口工程和海洋工程中常见的一种力。然而国内外的试验研究,只是把吸附力作为一个整体来研究,未能分析负孔压和黏着力各自的影响因素以及它们之间的相互影响。为此通过模型试验,对拉拔速率和上覆荷载等因素进行研究,明确负孔压和黏着力各成分的大小及其发展变化规律。实验结果表明,土体在受压和受拉时,圆形均布荷载中心点下的孔隙水压力分布满足附加应力计算公式。在相同含水率下,当拉拔速率较小时,随着拉拔速率的增加,吸附力增速逐渐变大;当速率超过一定值后,吸附力增速逐渐放缓。拉拔过程中,土体位移影响着负孔隙水压力的发展,位移越大,负孔隙水压力越大;位移越小,负孔隙水压力越小。吸附力和负孔压的发展随着时间成线性正相关,黏着力随着时间先增加后减小。     

土与结构物半模直剪试验的颗粒流数值模拟*

使用自主改造的半模直剪仪进行土与钢板、石板的半模直剪试验,竖向荷载分级施加,分别为50kPa,100kPa,150 kPa,200 kPa。应用颗粒流离散元程序——PFC2D对土与结构物在不同法向应力条件下相互作用的半模直剪试验进行数值模拟,研究土与结构物相互作用时接触面土体变形及剪应力的变化情况。分析得出土与结构物相互作用时,土体会呈现出硬化现象。随着法向应力的增加,土的剪应力会升高。在土与结构物的接触面上,形成了一定厚度的剪切带,说明土与结构物的相互作用并不只局限于接触面,而对接触面以上一定厚度内的土体也有影响,但影响范围不大,约为5倍的粒径。土与结构物相互作用时,结构物的性质对土体剪应力的变化影响不大。     

高桩码头在船舶撞击力作用下的应变监测研究

为了得到合理准确地监测上海港口高桩码头的方法,用有限元软件ANSYS计算分析高桩码头在船舶撞击力作用下的应变情况。根据ANSYS分析结果得到码头结构中的大应变危险点,并在现场进行实测。实测数据与ANSYS模拟结果数据的对比表明,船撞力作用下码头受力趋势相近,各榀排架空间作用明显。     

饱和砂土液化引起的变形研究

为了考察饱和砂土液化后的大变形及对海工结构物的影响,着重讨论了振动载荷作用下,荷幅值和频率以及土体渗透性对土体的变形的影响.为进一步分析土体变形和结构物的相互作用打下基础.     

单点悬挂式结构物水动力性能和结构强度分析

以某单点悬挂式海洋结构物为例,采用数值方法对其水动力性能和结构强度进行分析。建立结构物水动力模型和结构有限元模型,创建附加刚度矩阵模拟悬挂点的约束作用,采用三维频域势流理论和Morison理论计算结构物的水动力性能和波浪载荷。考虑结构物自身重力、浮力、波浪力、惯性力和悬挂点约束力等载荷的作用,采用有限元法分析其结构强度,为悬挂式结构物的设计和计算校核提供参考。     

基于土拱效应的土钉支护间距临界值分析

根据深基坑支护中土拱效应的作用原理,把土钉与土共同作用下的复合土体看成是一个整体,通过对土钉的轴力与土体平均侧向压应力之间关系的分析,给出了土体平均侧向压应力分布规律的计算公式并进行了讨论,以此公式为依据推导了土钉支护边坡水平间距与竖直间距临界值的计算公式,通过某一工程对土钉布置的验算,对公式的可靠性进行了验证。     

规则波作用下近岸透空式结构物的波浪上托力研究

基于对透空码头结构物波浪上托力研究现状的分析,运用垂向二维CFD数值波浪水槽建立模拟规则波作用下水平板波浪上托力的数值模型.通过物理模型和数值模型所获波浪压力结果的对比分析,总结平板底部流场和测点压强的分布特点,探讨不同周期波浪的最大冲击压强随波浪相对超高变化的规律.试验结果表明,规则波作用下波浪上托力的数值模拟结果与...     

箱筒型基础承载力研究

软土由于具有含水量高、压缩性大、抗剪强度低等特点,使得在其上修建建筑物时承载力往往得不到满足.对此,可从结构自身出发,充分利用土体与结构物的相互作用,进而达到提高承载力的目的.首先进行了室内试验,通过试验实测沉降曲线与有限元模拟的沉降曲线的对比分析,得出了选用Plaxis中的Hardening-Soi1模型模拟箱筒型结构在软土地基上作用的合理性.然后,分别就该结构处于单层土体和多层土体上的承载力问题进行了研究,并主要探讨了极限承载力随结构形式、结构尺寸、土体参数以及土层厚度变化的规律,从而提出了单层土体上方形结构、圆形结构和条形结构的极限承载力修正公式.最后,利用有限元对天津港防波堤延伸工程中的箱筒型防波堤进行了承载力验算.     

海洋管线与海床土体接触作用的数值模拟

针对海洋管线在铺设、安装和作业过程中与土体的复杂接触,产生的管线外载荷诱发的管线强度问题,采用非线性有限元软件ABAQUS对管土接触过程进行数值模拟,分析触地管线贯入和回弹过程中的主要影响参数,数值模拟结果与挪威岩土工程研究院的大尺度试验结果一致,表明该方法能较好地反映土体抗力和吸力的产生和释放过程,验证了数值分析的可行性。参数分析结果表明摩擦角和粘聚力对管土间的接触作用有显著影响。     

基于不同区域土体变形特性的自升式平台拔桩阻力计算方法研究

为了研究自升式平台在饱和软黏土拔桩过程中所受拔桩阻力的大小及变化规律，基于不同区域土体的变形特性，应用ABAQUS软件分别采用耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）数值分析方法与基于小应变理论的有限元（SSFE）计算方法建立了桩靴上部阻力与底部吸附力的数值计算模型；提出了自升式平台拔桩阻力计算方法，并与已有的离心机试验结果进行比较。根据不同固结条件，开展了土体不排水抗剪强度、贯入深度以及桩靴直径对桩靴拔桩阻力的敏感性分析。研究结果表明：该计算方法能有效预测桩靴在软黏土中所受的拔桩阻力，其中上部阻力、底部吸附力预测误差分别为14.48%和-7.25%～4.23%，峰值拔桩阻力预测值误差为15%左右；桩靴所受的上部阻力主要来自于上覆土体对桩靴的反作用力，而底部吸附力则由桩靴底部土体中负超孔隙水压力引起；上部阻力受上述3项因素影响较大，而底部吸附力则随着固结时间增加而显著增大。研究成果可为桩靴拔桩作业过程中的受力分析提供借鉴与参考。     

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。     

基于钻孔法检测预应力混凝土梁有效应力的有限元分析

对于已经建好的预应力结构,如何检测结构物当前的有效应力一直是难以解决的问题。文中利用钻孔法检测预应力混凝土梁的有效应力,通过有限元软件ANSYS的计算得到钻孔前后应变的变化,结合理论计算可确定检测工作中最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置。在实际检测工作中,应首先通过有限元分析确定最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置,然后测量贴应变片处钻孔前后应变的变化,结合相关理论计算即可得到预应力混凝土梁的有效应力。     

近海工程钢板桩围堰受力及变形分析

基于近海工程背景,研究钢板桩围堰在施工过程中的受力及变形情况,使用有限元数值模拟方法对各个施工工况进行模拟计算,分析围堰及周边土体的变形与应力变化情况、钢板桩围堰及内支撑结构在施工过程中的变形与内力情况,通过理论及现场施工工况的综合分析,得到影响钢板桩围堰、内支撑结构及周边土体的施工因素,如：施工过程中的降水引发的土体自重应力变化,从而导致变形过大及应力集中的不良现象;以及内支撑的建立起到了良好的变形控制等现象。结合具体的施工工况为同类工程提供参考。