海洋悬空管道非线性振动稳定性分析

以海洋悬空管线为研究对象,根据海洋悬空管道的主要特征,将海洋悬空管道简化为两端简支梁力学模型．涡激升力简化为简谐荷载。在考虑管道非线性因素下,建立悬空管道的横向振动方程,并采用谐波平衡法对方程求解。可得出洋流涡激作用下海洋悬空管道横向振动失稳的双尖点突变模型,由此导出悬空管道失稳条件。根据失稳条件分析发现．海洋悬空管长度对稳定性影响起主导作用,并在假定其他条件不变的情况下,分析影响悬空管道稳定性的因素和悬空段临界长度之间的关系。分析结果表明：随着外流流速、管内流流速、管内压强的增加,悬空管道的临界长度减小：随着材料弹性模量、管外直径的增大．悬空段的临界长度增加：其他影响因素相比较而言可以忽略．     

波流作用下钢管桩动力响应的数值模拟

在港口工程和海洋工程中,钢管桩施工就位后就会受到波浪和水流荷载的作用,钢管桩在波流荷载下的动力响应对结构安全有重要影响;尤其是在上部结构没有完成时,桩只能靠自身结构承受这些荷载。文中选用改进的JONSWAP型谱模拟不规则波浪,根据莫里森公式计算作用于桩上的随时间变化的波流荷载,利用有限元法并结合newmark方法,得到钢管桩的结构内力和变形在时域内的变化。利用以上模型对一栈桥钢管桩进行了波流荷载作用下的动力响应分析,对于评估钢管桩的结构设计具有重要的参考价值。     

离岸深水码头波浪力作用下顶高程对码头损伤的影响

针对剪胀性海洋地基,建立了地基-桩-上部结构和波浪动荷载作用的三维动力响应数值模型。将损伤本构模型应用于码头结构,分析了不同码头顶高程下码头结构和地基的动力响应规律。研究结果显示:高桩码头受到波浪冲击,相对净空ΔhH为0. 33左右时内力最大,损伤最严重;相对净空为0. 5时损伤和内力明显减小;相对净空大于0. 42时桩基内最大等效应力随顶高程增加明显减小。虽然桩基周围土层的影响范围变化不是很大,但上部结构具有较大的动力放大效应,即使是小量的地基变形量变化也可能引起上部结构内较大的破坏,因此设计时应考虑地基-桩-上部结构-波浪的相互协同作用效应。针对海洋性地基的非线性变形特性,建议建立整体模型进行分析,使设计更加科学可靠。     

桩柱间距对桩柱上波浪荷载的影响

桩柱间距的大小直接关系到入射波对桩柱的作用力及对平台或上部结构的上托力。基于FLOW-3D建立三维数值波浪水槽,通过试验验证数值模型的准确性,研究4种波况下,桩柱间距L对作用在上游桩柱和下游桩柱波浪荷载的影响。结果表明：由于桩柱的相互影响,作用在两桩柱上顺向波浪荷载和横向波浪荷载均不同于孤立桩柱情形,群桩系数KG与桩柱间距L有密切关系,对于顺向群桩系数KGx,当桩柱间距L与其直径D的比值小于1.0时,上游桩柱顺向群桩系数KGxu＜1.0,下游桩柱顺向群桩系数KGxd＞1.0,两桩柱的横向群桩系数KGy可达3.0～4.0。随着间距的增加,KGxu逐渐增大、KGxd逐渐减小、KGy大幅减小。当L/D＞4.0时,基本可以忽略两桩柱的相互影响。     

水平荷载下桩身稳定性及土体扰动分析

通过数值模拟,对比基桩试验结果和模拟结果,验证计算模型的适用性。计算不同荷载等级下桩身的内力分布情况和位移变化,分析桩身稳定性;对桩周土体的受力状态进行分析,研究水平荷载对桩周土体的扰动情况。研究结果表明:在受到长期性的横向荷载作用时,桩身会受到持续的剪切作用,应定期进行桩身完整性检测;在水平荷载的作用下,基桩周围的土体会受到剪切和张拉作用。     

波浪作用下结构-海床耦合系统失稳破坏机理的数值探究

为探究波浪作用下结构-海床耦合系统的失稳破坏机理,建立能模拟此破坏情况的计算模型,文章在设置接触面情况下,将循环荷载作用下饱和粘土不排水抗剪强度模型及动孔压模型引入等效线性化计算模型,并对该耦合系统进行动力分析计算,计算结果更准确地反映了土体的塑性变形积累和强度衰退随循环荷载周期的变化,并且与模型实验的观测结果更接近。     

超长桩有效桩长问题的探讨

超长桩在大型桥梁和高层建筑中得到了越来越广泛的应用,实际工程中往往会出现桩越来越长的现象,有时桩太长会造成浪费,且不科学,所以有必要研究超长桩的有效桩长问题。运用数学和力学知识,在假定计算模型的基础上,从理论上推导了超长桩的有效桩长的计算公式。结果表明,有效桩长与工作荷载下的桩顶沉降、桩身刚度、桩顶工作荷载及桩侧土体性质有关。这对软土地区超长桩的设计有着重要的指导意义和适用价值。     

冲击荷载作用下高桩码头结构的动力响应分析

采用数学理论推导与动力时程仿真计算相结合的方式,对靠泊船舶撞击作用下高桩码头结构的动力响应及动力放大效应进行了研究,获得了多自由度结构在单点冲击荷载作用下的动力响应公式,推荐了数值计算时船舶撞击荷载的时程曲线类型及持时,获取了船舶靠泊撞击荷载下高桩码头结构的动力放大效应规律。计算与分析结果表明:码头结构设计时船舶撞击荷载的取值应充分考虑码头结构的动力放大效应;靠泊船舶撞击下的高桩码头结构对撞击荷载的动力放大系数推荐为2.0。     

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。     

叉桩扭角对高桩码头抗震性能影响分析

以高桩码头双轴对称桩基码头结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行了地震动力响应分析,对比分析了叉桩扭角变化对结构响应的影响,讨论了纵向斜桩对结构抗震性能的影响。计算结果表明:横向水平地震作用下,除桩轴力外,其结构的响应随着叉桩扭角的增大而增大;纵向水平地震作用下,桩轴力随扭角的增大而增大,其他结构响应则随扭角的增大而减小;纵向水平地震作用下结构的动力响应较大,增加纵向斜桩能更好的抵抗纵向水平地震荷载,但增加纵向斜桩其最大桩轴力响应将较无纵向斜桩时增加较多。     

复杂地质环境下超长深水钻孔灌注单桩承载性能

超长深水钻孔灌注桩荷载传递机理较为复杂,尤其是在复杂地质环境下,研究其承载性能对该类桩优化设计、施工具有重要作用。结合试桩自平衡静载试验资料,应用有限元软件GTS分析了超长深水钻孔灌注桩单桩在不同风化程度构造岩交替分布地层中的承载能力,其中土体本构关系采用Mohr-Coulomb模型,桩土界面设置接触单元,利用梁单元对桩进行数值模拟。结果表明:静载试验的Q-S曲线实测值和计算值吻合较好,桩的承载性能良好;桩端沉降在桩侧摩阻力发挥一定程度时开始显现,现场桩底沉渣清除较彻底;桩的轴力和桩侧摩阻力随深度变化受交替分布地层影响明显,并呈现一定规律。     

大直径超长嵌岩桩承载特性分析

大直径超长嵌岩桩在工程中应用广泛,但其荷载传递机理和承载能力特性的研究仍不够深入。针对现有现场试验研究和数值分析的不足,基于马来西亚槟城二桥工程,对大直径超长嵌岩桩承载特性进行数值模拟和现场试验研究。通过对比发现,有限元计算结果与自平衡法的实测数据有较好的吻合性,但由于土动摩阻和孔隙水压力影响,静动法测试结果比自平衡法大30%左右。大直径超长嵌岩桩侧摩阻力从上而下逐步发挥,且沿深度非线性分布现象明显。实际总的桩侧摩阻力占荷载90%,远小于桩土极限侧摩阻力。     

深厚软土区超长桩合理桩长的计算

工程实践证明,软土地基超长桩在轴向荷载作用下的荷载传递机理与常规桩基有较大区别。通过深厚软土区超长桩静载试验和桩身轴力测试,依据载荷-沉降变形关系推导的超长桩合理桩长估算公式,利用静载试验Q-S曲线数据对超长桩合理桩长进行计算,为确定深厚软土地区合理桩长避免盲目增加桩长提供参考。     

超长PHC管桩嵌固深度研究

高桩码头结构计算时可以先把基桩在某深度处固定进行上部结构计算,再把计算的桩顶内力作为荷载施加到桩上进行桩-土相互作用分析。理论上讲,以简化前后的桩顶水平位移相等为条件确定嵌固点位置最为合理,但实际中难以实现。结合现场试桩资料,深入分析了超长桩在水平荷载作用下的嵌固特性,提出了嵌固深度随荷载变化的经验计算公式,实例计算结果表明效果良好。     

桩侧及桩端后注浆对超长桩承载力的影响

以海南省某跨海大桥为工程背景,采用平行对比试验法,以桩侧桩端后注浆及施工桩长为变量,对3根超长灌注桩进行了竖向抗压静载试验,并对试验过程中试桩穿越各土层的分段侧摩阻力及桩端阻力进行测试。通过比对试验结果,分析桩侧桩端后注浆对超长灌注桩承载力性状、荷载传递规律及桩侧、桩端阻力发挥特性的影响。结果表明:进行桩侧、桩端后注浆能显著提高超长灌注桩的承载能力,减小桩基沉降;对于超长灌注桩,桩侧注浆对承载能力的增加效果远远大于桩端注浆;桩侧桩端注浆后,超长桩的荷载传递规律不变,依然是上部侧阻力先于下部侧阻力激发;桩侧注浆处土体表现出与桩体水泥胶结的性质,其抗剪强度较大且随位移增长而增加得更快。     

复杂水平荷载作用下部分埋入单桩的计算方法*

在Winkler地基梁模型和有限单元法理论的基础上,提出了一种在复杂水平荷载作用下求解部分埋置水平受荷单桩弯矩和位移的计算方法。将该方法计算结果与经典算例结果和现场试验结果进行对比,验证了该方法的正确性。通过算例分析了水流冲刷作用和桩顶约束条件对部分埋入桩桩身弯矩和位移的影响,分析结果表明,在研究冲刷对桩基水平承载力的影响时应结合桩顶的约束条件。该方法可有效开展复杂水平荷载下部分埋置水平受荷桩的计算分析。     

地震作用下的液化砂土地基PHC管桩动态响应

为研究液化砂土地基上的PHC管桩在地震作用下的动态响应,利用FLAC3D有限差分软件建立土体、实体PHC管桩和桩顶等效质体组成的数值模型,同时考虑水体、土体和PHC管桩之间的耦合作用。通过在模型底部施加地震荷载进行完全非线性动力分析,研究土体的液化情况、场地的变形以及PHC管桩的响应。结果表明,地震作用引起了饱和砂土有效应力减小,全高度的砂土均发生了液化;液化的发生与否以及发生时间不仅与土体的埋深有关,也与地震荷载的序列和地震荷载的峰值加速度相关;埋入土中的桩身正应力呈先增大再减小的趋势,最大值出现在护坡和砂土交界处;埋深较浅处桩的侧向位移大于埋深较深处;由于PHC管桩在强震作用下的位移和内力值均较大,应在码头建造之前对极易液化的场地进行改善。     

小水平力作用下推力桩的三参数拟合计算

本研究给出了小水平力作用下推力桩的拟合计算与分析。实测资料与拟合计算结果的对比分析表明,运用三参数算法可在不改变基本微分方程的情况下,进行不同荷载阶段推力桩的力学性状的拟合,且对小水平力作用下推力桩的性状拟合效果较好。小水平力作用下推力桩的拟合计算结果,反映出浅层地基土的横向反力贡献大于深层地基土。