循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.     

循环波压力下软基上大圆筒防波堤数值分析

基于忽略土骨架和孔隙水惯性效应的广义Biot固结理论的简化形式,采用前人提出的改进剑桥弹塑性动力本构模型以模拟软黏土在循环荷载作用下的变形、超静孔隙水压力累积效应,对于循环波压力作用下软土地基与大圆筒结构物耦合系统进行了弹塑性有效应力有限元分析,探讨了不同波高条件下大圆筒结构的不同变形模式以及失稳机理.计算结果初步表明:当波高较大时,大圆筒结构与地基耦合系统的瞬时位移较大,残余变形相对较小;而当波高较小时,大圆筒结构与地基耦合系统的残余位移相对较大.     

确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

塑性上限分析法是计算静荷载作用下吸力锚极限承载力的一种方法,依据塑性上限分析原理,为了计算静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的承载力,建议了一种基于塑性上限分析理论计算静荷载和循环荷载共同作用下软黏土中张紧式吸力锚循环承载力的方法.该方法首先假定在静荷载作用下吸力锚的破坏模式,并依据静力平衡原理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力,然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度,将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化,再假定吸力锚在循环荷载下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致,并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承载力.为了验证该方法的合理性,进行了1g条件下的吸力锚模型试验,并应用该方法对模型试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合较好.     

新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法

新型倒T式防波堤结构是可供深水环境软土地基选用的一种新型港工结构型式。深水环境中结构所受波浪力、水流力等长期循环荷载作用显著,但其长期变形特性尚不清楚。为探讨该类结构长期变形特性,基于波浪等循环荷载长期作用下软黏土变形与循环次数之间相互关系同静荷载作用下土体蠕变与时间之间相互关系类似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软黏土循环三轴试验结果,结果显示二者吻合较好,说明基于蠕变理论采用幂指数函数预测饱和软黏土长期变形的方法是可行的。进一步,利用ABAQUS二次开发平台Creep子程序实现了这一方法的有限元计算手段,建立了预测饱和软黏土长期变形的有限元实用简化计算方法。最后,采用该方法探讨了新型倒T式防波堤结构的长期变形特性。     

新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法研究

新型倒T式防波堤结构是可供深水环境软土地基选用的一种新型港工结构型式。深水环境中结构所受波浪力、水流力等长期荷载作用显著,但其长期变形特性尚不清楚。为探讨该类结构长期变形特性,本文基于波浪等循环荷载长期作用下软粘土变形与循环次数之间相互关系同静荷载作用下土体蠕变与时间之间相互关系相似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软粘土循环三轴试验结果,结果显示二者吻合较好,说明基于蠕变理论采用幂指数函数预测饱和软粘土长期变形的方法是可行的。进一步,利用ABAQUS二次开发平台Creep子程序实现了这一方法的有限元计算手段,建立了预测饱和软粘土长期变形的有限元实用简化计算方法,最后,采用该方法探讨了新型倒T式防波堤结构的长期变形特性。     

循环加载条件下吸力式沉箱基础极限承载力特性分析

循环加载模式下吸力式沉箱基础的拉拔承载性能目前尚缺乏合理的分析与计算方法.应用Andersen等对重力式基础及地基所建议的分析方法,将软土的循环强度与Mises屈服准则相结合,针对吸力式沉箱基础,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行了三维拟静力有限元分析,确定了循环加载模式下吸力式沉箱的循环承载力及其破坏包络面,并与单调加载作用下沉箱基础的极限承载力及其破坏包络面进行了对比.结果表明,与单调加载情况相比,循环加载作用下吸力式沉箱基础的拉拔承载能力显著降低,而沉箱长径比对基础循环承载力降低效应的影响不大.     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区极限承载力分析

为了掌握索梁锚固区在索力作用下的应力分布和极限承载力，以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为工程背景，应用等效板厚法近似模拟钢锚箱承压板与锚垫板之间的接触非线性问题；采用板壳单元和梁单元建立了索梁锚固结构的有限元模型，对索梁锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究；并考虑几何非线性和材料非线性对锚固区及钢箱主梁进行极限承载力分析。结果表明：在最不利荷载组合作用下钢锚箱与主梁腹板的连接区域应力集中，超过了材料的屈服强度；索梁锚固区的极限承载力为设计荷载的3．07倍，有一定的安全储备。在上述分析的基础上，提出了改善索梁锚固区受力性能的构造措施。     

天津港软黏土强度循环弱化试验研究及应用

波浪循环荷载作用下,饱和软黏土产生强度弱化效应,表现为土体的强度降低,变形模量减小,从而使地基的承载能力大幅度降低,降低了防波堤等重力式结构物和构筑物的安全稳定性,甚至造成工程事故.模拟防波堤地基土在波浪循环荷载作用下的实际应力路径,对天津港原状软黏土进行了室内动、静三轴试验,由试验数据确定了不同荷载组合下软黏土抗剪强度折减率的规律性曲线,进而确定了波浪循环荷载作用下软黏土的强度弱化程度,可作为工程设计参考.作为应用实例,结合软黏土强度折减规律及有限元方法,分析了波浪循环荷载作用下半圆体防波堤地基稳定性以及地基加固方案的有效性.     

非均匀地基与均匀地基承载力上限解之间的转化关系

利用上限法研究条形荷载作用下非均匀地基极限承载力问题.基于平动失效机理,运用极限分析方法,得到土体粘聚力随深度线性变化条件下非均匀地基极限承载力上限解的解析解,计算分析条形均布荷载作用下非均匀地基极限承载力.通过与均匀地基承载力的经典解答进行比较,分析非均匀地基与均匀地基极限荷载之间的相似性,进而得到承载力系数之间的相似转换关系,给出相应转换系数的解析表达式,该系数集中反映了地基的非均匀性.借助均匀地基经典上限解,可将非均匀地基极限承载力的问题求解转化为相似转化系数的计算问题,从而为求解非均匀地基极限承载力的求解提供十分便捷有效的途径,便于工程应用.     

循环加载对钢筋混凝土梁抗剪性能影响研究

腹板斜向裂缝是钢筋混凝土梁中出现最多的裂缝形式之一，尤其是承受振动荷载的结构构件．目前循环荷载作用下构件抗剪承载力的试验较少，为此，在19根钢筋混凝土梁抗剪试验的基础上．分析了循环加载损伤对斜裂缝宽度和斜截面承载力的影响，试验主要变化参数为配筋率、剪跨比、循环荷载次数．研究表明：随着循环荷载次数增加，钢筋混凝土梁斜截面承载力显著降低，斜裂缝宽度明显增大．基于试验数据和采用不同规范计算值进行对比研究．给出了循环荷载作用下钢筋混凝土梁斜截面承载力损伤折减系数．该计算方法与现行规范计算分析有较好的结合．便于在工程实际中应用，为损伤后的钢筋混凝土梁斜截面承载力的评估提供了依据．     

桶形基础承载性能弹塑性有限元数值分析

确定桶形基础在竖向荷载、水平荷载和力矩等共同作用下的承载特性,建立复合加载模式下桶形基础的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是桶形基础设计与施工中的关键问题.采用位移控制法和Swipe试验加载方法,分别针对单个荷载和各种荷载组合方式,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,建立了桶形基础承载性能的计算模型,确定了桶形基础在单个荷载作用下的极限承载力与复合加载作用下的破坏包络面,利用极限平衡理论探讨了桶形基础在极限状态时的破坏机理,即桶形基础地基破坏形式或失稳模式.     

路面结构极限承载能力分析

针对某公路路面的早期损坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查.基于实际轴载的作用图式,分别应用弹性层状体系理论和弹性薄板理论有限元法分析了重荷载作用下,该公路沥青路面和水泥混凝土路面结构的力学响应.按照起决定作用的各结构层材料抗拉强度确定两种路面结构类型的极限承载能力,初步建立了分析路面结构极限承载能力的方法.分析结果表明,沥青路面早期损坏的根本原因是过大轴载对路面结构的一次性加载破坏,而不是轴载重复作用的疲劳破坏,按现行规范设计确定的水泥混凝土路面结构的极限承载能力明显高于沥青路面结构的极限承载能力.     

圆钢管平面K型间隙节点极限承载力及其影响因素

以圆钢管平面K型间隙节点为对象,利用非线性有限元对其极限承载力进行了研究.分析了主、支管轴线间角度θ,支、主管直径比β（d/D）,主管径厚比γ（D/T）以及不同的边界条件及加载方式对节点极限承载力的影响.通过有限元计算值pu与规范公式计算值pcu的比值发现,规范公式对K型间隙节点承载力的计算偏向保守,且未考虑边界条件对节点承载力的影响.     

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。     

深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

地震荷载下大直径单桩基础承载特性影响因素分析

摘 要 海上风电机单桩基础结构简单、便于安装, 但是在地震环境下, 易出现较大的水平位移, 影响海上风电机的安全运行。为此, 对地震荷载下海上风电大直径单桩承载特性及影响因素进行分析, 以Mohr-Coulomb模型为本构模型, 采用ABAQUS构建海上风电大直径单桩有限元模型, 通过人工合成波施加地震荷载, 分析地震荷载下海上风电大直径单桩承载特性及影响因素。研究发现, 桩基入土深度增大会显著减小单桩桩顶处水平位移, 增大到一定程度后对大直径单桩水平变形的发展没有显著的影响;随着桩基直径和壁厚的增大, 大直径单桩桩基变形减小, 但是桩基壁厚增加到一定程度后, 其对大直径单桩桩基水平变形的影响不再显著。     

波浪荷载作用下深插式大直径圆柱壳结构的解析方法及实验

大直径圆柱壳结构是港口及近海工程中的一种新型结构，其力学机理、破坏形态、作用荷载以及计算方法等均亟待研究．基于散体结构力学理论与极限平衡条件，引用基床系数法推导了波浪荷载与结构位移关系的一种解析求解方法，由此可直接确定大圆柱壳结构的破坏形态，并计算出作用在其上的土压力，同时又重新定义了深插式与浅插式大圆柱壳结构的判别标准、最后通过大比尺模型试验，验证了本解析方法是可行有效的。     

渤海湾四桩新型平台的极限载荷

以渤海湾四桩新型标准平台为研究对象,采用非线性有限单元计算分析程序ＡＢＡＱＵＳ计算分析了该平台在各种不同的荷载组合作用下平台结构的极限承载力和桩顶位移,为进一步进行平台系统可靠性分析提供了重要依据     

竖向荷载作用下大直径钢管桩承载力特性分析

近年来,新型大直径钢管桩基的承载力特性备受关注,为此,以湛江某新建油码头工程大直径钢管桩测试桩Z2桩为研究对象,采用有限元三维数值静载试验方法,对竖向荷载作用下大直径钢管桩的桩径、桩长、桩侧土摩擦系数及桩端土压缩模量对其承载力特性的影响规律进行研究。结果表明:钢管桩桩径增大,则其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端沉降与桩顶沉降之比逐渐减小,同时桩端阻力随着桩径的增加而减小;钢管桩桩长增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力都显著提高,桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小;桩侧土摩擦系数增大,则桩的极限承载力增大而桩端沉降量显著减小,尤其在摩擦系数从0.3增加到0.4时,沉降量减小幅度较大;桩端土压缩模量增加,则钢管桩竖向极限承载力和桩端阻力增大,而桩端沉降量减小。研究结果可对类似工程大直径钢管桩的设计和施工提供参考。     

焊接接头腐蚀对预应力高强混凝土管桩抗震性能影响的有限元分析

针对地震作用下预应力高强混凝土管桩的受力特性问题,考虑焊接接头腐蚀的影响,应用ABAQUS有限元软件建立管桩-土体三维模型,采用拟静力的方法对管桩顶部施加水平低周往复荷载来模拟地震荷载,研究了竖向荷载与焊接接头的腐蚀程度对PHC管桩抗震性能的影响,并提出了增配非预应力筋的改善措施。结果表明,竖向荷载的存在会降低管桩的耗能能力,而提高管桩的水平极限承载力;焊接接头处焊缝的应力最大,在焊接接头腐蚀后率先发生屈服,管桩的水平极限承载力随着焊接接头腐蚀程度的增大而降低,其造成的影响不容忽视;通过在桩身配置一定数量的非预应力筋能降低焊接接头处焊缝的应力,同时能够有效改善管桩的耗能能力,提高管桩的水平极限承载力,从而降低焊接接头腐蚀对管桩抗震性能的不利影响。