风电塔架空心锥体基础承载机理数值分析

通过有限元数值模拟方法,研究了在外荷载分量作用下风电塔架空心锥体基础的承载特性和破坏机理,对比分析了不同径高比下基础的竖向、水平和弯矩极限承载力,并与传统重力式基础承载力进行比较。结果表明:与传统的风机重力式基础相比,空心锥体基础的竖向极限承载力、水平极限承载力及弯矩极限承载力分别提高472.4%、34.9%及193.3%;极限状态时空心锥体基础地基的破坏机理也与传统重力式基础存在着不同;随着径高比的增大,空心锥体基础竖向极限承载力与水平极限承载力呈逐渐增大的趋势,而弯矩极限承载力则表现出了先增大后减小的趋势。     

砂土中陆地风电空心锥形基础水平承载力的影响因素分析

空心锥形基础是一种新型的陆地风电基础形式,其主控荷载为水平荷载和倾覆力矩。开展砂土中锥形基础水平单调加载模型试验,研究加载高度、加载速率和模型尺寸对基础水平承载力的影响,并对比分析相同质量和径高比的锥形基础与圆形基础的水平承载力大小。研究表明:锥形基础水平极限承载力随加载高度增加逐渐降低;加载速率对锥形基础的水平极限承载力影响较小;径高比和底板尺寸是影响锥形基础水平极限承载力的主要因素,当基础径高比为5.5时,锥形基础水平承载力最大;增大底板尺寸可有效控制基础水平侧移;基础失稳破坏形式为转动破坏;相同质量的锥形基础和圆形基础相比,锥形基础的水平承载力是圆形基础的1.1～1.2倍。     

砂土场地中组合荷载下单桩竖向承载特性研究

考虑砂土场地中单桩承受水平和弯矩荷载的共同影响,完成了五组共十根单桩的室内模型试验,分析了在组合荷载作用下砂土中单桩的竖向承载特性.研究表明:在不考虑竖向荷载作用的情况下,随着水平荷载作用点高度的增加,由于出现了弯矩荷载,单桩的水平极限承载力降低,但降低幅度逐渐减小;水平或弯矩荷载的增大,均会导致单桩沉降的增大和竖向承载力的降低,但只有当水平荷载达到相应位置水平极限承载力的0.5倍以上时,这种变化幅度才较明显;预先施加的水平和弯矩荷载在产生水平位移后,再施加竖向荷载,将会出现P-Δ效应,造成单桩水平位移的增大和水平承载力的降低;水平和弯矩荷载共同作用时对单桩的沉降和桩端阻力的影响程度,与水平和弯矩荷载产生的桩顶水平位移的大小正相关.     

组合荷载作用下裙式吸力基础承载特性数值分析

采用数值模拟的方法,对等质量下裙式吸力基础和传统吸力基础组合荷载作用下的承载特性进行分析,探讨主桶高度、裙高度以及裙宽度的变化对基础竖向承载力、水平承载力、弯矩承载力以及组合承载力的影响,得到了基础荷载位移关系曲线及周围土体隆起范围,分析了隆起的影响因素。研究发现裙的宽度是竖向承载力的主控因素,而主桶高度及裙高度是水平承载力和弯矩承载力的主控因素,并得到了组合荷载下吸力基础破坏包络线及其公式。研究成果可供工程设计参考。     

土层相对位置对桶形基础承载力的影响

为了研究双土层情况下土层相对位置不同时桶形基础地基土在单一荷载作用下的极限承载力,采用南水土体本构模型进行ABAQUS有限元建模。在分析过程中,首先采用位移控制法,通过计算地基的p-s曲线确定相应的地基极限承载力,然后以单一加载情况下的地基极限承载力为基准进行归一化,最后提出土层相对位置修正系数的概念,从而获得土层相对位置不同时的地基极限承载力表达式。分析结果表明:土层由单一黏土层向单一淤泥层变化的过程中,竖向承载力、水平承载力和力矩承载力都逐渐减小,且减小幅度最大的是竖向承载力,其次是水平承载力,最后是力矩承载力;当土层相对位置比分别达到0.33,0.25和0.2时,竖向承载力、水平承载力、力矩承载力依次趋于稳定。     

浅埋圆形基础竖向地基承载力极限分析上限解

圆形基础是一种应用广泛的基础形式,而目前基础承载力研究主要集中在条形基础上,对圆形基础研究较少.针对现有圆形基础承载力求解方法中存在的问题,构建了多块体离散破坏模式,同时考虑土体自重、黏聚力及边载因素,求得竖向极限承载力的上限解表达式,并编制了最优化计算程序.将计算结果与已有的滑移线解、上限解、Hansen解以及工程实测资料进行广泛比较,证明该处计算浅埋圆形基础承载力的方法是更加准确合理的.然后根据计算结果分析了圆形基础地基滑裂面特性,发现由于同时考虑了土体重度,计算得到的地基滑裂面范围小于经典的对数螺旋滑裂面,滑裂面范围随内摩擦角的增大而增大,随重度增加而减小,随基础埋深的增大而增大.     

根式沉井基础竖向承载特性数值模拟分析

根式沉井基础,是采用沉井预留顶推孔,待沉井下沉到设计标高后,在土层中顶推预制的根键,在保证根键与沉井固结后形成的一种仿生的基础形式,使其承载力得以提高,通过FLAC3D数值模拟研究根式沉井基础Q-S曲线和井身变形情况,并与试验结果进行对比分析,总结其竖向承载特性.结果表明:根式沉井基础的竖向承载力比同等长度和直径的普通沉井基础大幅提高,根键作用效果明显;竖向荷载作用下井身自上而下竖向位移相差不大,随荷载增大根式沉井基础井身始终处于弹性状态,根键周围部分土体出现塑性变形破坏.     

树状结构空间四分叉铸钢节点抗弯极限承载力分析

用ANSYS有限元分析方法分析了树状结构空间四分叉铸钢节点在弯矩作用下的塑性区扩展过程及几何因素对抗弯极限承载力的影响,并在此基础上拟合出该类节点的抗弯极限承载力公式.结果表明:在弯矩作用下,节点首先在相邻分管相交界限处进入塑性,此后分管受拉较大一侧靠近节点核心区的部位进入塑性,两处塑性区随荷载增大而扩展,最终相互连接,节点核心区屈服,达到承载力极限;主分管之间夹角对节点抗弯极限承载力的影响不大,但主管径厚比对节点抗弯极限承载力的影响较大;节点承载力随分管与主管壁厚比的增大呈近乎线性增大;节点抗弯极限承载力随分管与主管外径比的增大而增大;承载力随主分管倒角半径的增大而增大,随分管外壁倒角半径的增大而增大,随分管内壁倒角半径的增大而先增大后减小.     

小剪跨比牛腿承载性能试验研究

为了分析小剪跨比钢筋混凝土牛腿在竖向荷载作用下的破坏情况,通过试验研究了不同剪跨比和混凝土强度对牛腿承载能力的影响,分析了牛腿纵筋的承载力-应变曲线和破坏形态.结果表明:在小剪跨比情况下,牛腿破坏形态大致可分为剪切破坏和斜压破坏2种破坏形态;混凝土强度的提高使钢筋混凝土牛腿受剪承载力增大而且基本呈线性关系;随着剪跨比的增大,牛腿的极限承载力明显下降;在荷载一定的情况下,裂缝宽度基本上随剪跨比的增大而增大,钢筋的应变值随剪跨比的减小而变小.     

地下连续墙-桩组合基础的水平承载性能

地下连续墙-桩组合基础是将地下连续墙与桩基础结合的一种新型变刚度基础形式。从设计理念上讲地下连续墙-桩组合基础具有较好的抵抗侧向变形的能力且兼具经济型,然而目前还缺乏从受力特性角度对该新型基础形式的受力机理进行系统的研究。基于开展的大比尺现场模型试验真实模拟新型组合基础在水平荷载下的受力,将试验和数值模拟结果对比得出基础的荷载与位移的变化规律。通过分析不同等级荷载下组合基础的变形特性,揭示基础的荷载传递规律,并对桩墙组合基础的水平承载力进行了初步近似计算。结果表明：水平荷载作用下组合基础出现整体倾斜破坏；墙身弯矩远大于桩身弯矩,桩墙弯矩随加载等级的递增而逐渐增大,且弯矩最大处位置与弯矩峰值位置不变；随埋深、荷载的增加,墙侧土压力呈现非线性变化,地连墙边侧土压力大于中间土压力,并且最大土压力出现在连续墙中下部。     

圆形钢套管加固方形混凝土柱轴心受压性能

为研究圆形钢套管加固混凝土柱的基本力学性能,进行了1根未加固的普通钢筋混凝土柱和10根圆形钢套管加固的混凝土短柱在不同加固钢套管厚度及初始轴压比下轴心受压试验,初始轴力通过对未加固试件施加后张预应力来进行模拟;在试验研究的基础上,根据应变协调原则对加固后构件轴压承载力进行了数值分析.研究结果表明,加固构件的承载力随着钢套管厚度的增加而增加,初始轴压比的变化对加固后构件的承载力影响不显著,且理论分析结果与试验结果吻合较好.     

砂土中裙式吸力基础复合承载特性数值模拟

海上风电基础在服役过程中,长期受到上部结构传递的竖向荷载以及风、波浪等产生的水平荷载及倾覆力矩作用.这些荷载同时作用于基础,导致基础的复合承载特性复杂.针对海上风电裙式吸力基础开展数值模拟,研究裙式吸力基础在复合加载条件下的承载能力:在复合加载条件下,裙式吸力基础的承载能力更大;随着裙结构宽度和高度的增大,裙式吸力基础的复合承载力逐渐增大;绘制了吸力基础在二维复合荷载(竖向荷载-水平荷载、竖向荷载-弯矩荷载、水平荷载-弯矩荷载)作用情况下的破坏包络线图形以及在三维复合荷载(竖向荷载-水平荷载-弯矩荷载)作用情况下的破坏包络面,得到了裙式吸力基础破坏表达式,可指导工程实践.     

斜坡加固碎石土桩基水平承载力影响研究

斜坡桩基中碎石土性质不能满足设计要求时,需要进行加固处理。为了解加固后碎石土对斜坡桩基水平承载力的影响,进行了添加石膏改变胶结度的物理模拟试验,进一步增加了改变密实度的数值模拟研究。研究发现添加石膏和改变土体的密实度都可以有效的提高碎石土桩基的水平承载力;改变碎石土石膏含量和密实度分别可以使得斜坡桩基水平承载力提高1.13~2.06倍和1.32~1.86倍;得出了不同石膏含量和密实度碎石土地基的m值。     

土工格栅加筋地基承载特性数值分析

为研究加筋地基承载性能,基于已有室内试验结果采用有限差分法建立加筋地基数值模型,分析竖向荷载下土工格栅加筋地基的力学特性及加筋层数对土体的荷载-沉降变形特性、应力分布及土工格栅位移的影响,探讨筋土结构的内部土体和土工格栅应力位移场的演变规律,引入承载力提高系数综合分析加筋层数对加筋地基的沉降及承载力的影响。研究表明:在竖向荷载作用下,地基土体呈拱状不均匀沉降,基础两侧土体隆起变形,加筋后能够改善地基的不均匀沉降及减小侧向变形,约束基础两侧土体的隆起;土工格栅具有良好的应力扩散作用,加筋地基的承载力随着加筋层数的增加而增加,但增长幅度逐渐变缓,加筋层数为4层时承载力最高,为最佳加筋层数;土工格栅的有效埋深约为1.5B(B为基础宽度),当筋材埋深超出筋材有效深度影响范围,筋材的加筋作用不再增强。     

混凝土独立基础底板抗拔承载性能试验

对16个不同宽高比、不同斜边坡度的混凝土独立基础底板进行了上拔试验,研究了此类基础底板的破坏模式与抗拔承载性能.基于试验结果,对比分析了斜边坡度与宽高比因素对底板抗拔承载力的影响.试验结果表明,在宽高比、底板尺寸、截面配筋均相同的情况下,抗拔承载力随斜边坡度的增大而明显降低;在斜边坡度、基础底板尺寸相同的情况下,随着宽高比的增大,抗拔承载力也逐渐降低.研究结果可为混凝土独立基础底板抗拔承载设计方法的提出提供试验基础.     

火灾后钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对6榀普通钢筋混凝土剪力墙进行了低周反复水平荷载试验,其中3榀剪力墙在进行荷载试验之前,遭受了轴压状态下（最大轴压比为0.46）的火灾试验.分析了火灾作用及轴压比对混凝土剪力墙破坏形态、承载力、延性、滞回特性、刚度及耗能能力的影响规律.结果表明：随着轴压比增加,火灾作用使混凝土剪力墙在常温下由弯剪破坏向剪切破坏转化的主斜裂缝破坏特征逐渐消失;火灾后剪力墙的承载力、延性降低,累积滞回耗能和初始刚度大幅下降,其抗震性能明显降低;与常温下类似,随着轴压比在一定范围内的提高,火灾后剪力墙的承载力及刚度提高,但延性和耗能能力降低.     

粘性土地基墩基础水平承载力试验研究

根据墩基础的受力机理,采用单向多循环加卸荷法,通过对粘性土地基墩基础水平承载力现场试验与研究,分析了影响单墩水平承载力的因素,目的是对单墩水平承载力经验公式进行修正.结合大量的现场试验和观测数据进行统计、回归分析,得出了在水平载荷下的粘性土地基新的单墩承载力经验公式.通过新旧经验公式计算结果与实测值的比较,结果表明:新经验公式是比较可靠、可行的,可供设计参考使用.     

水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。