钢管插入式基础抗拔承载性能数值模拟

为研究输电线路杆塔三角锚固盘钢管插入式基础在承受上拔荷载时锚固盘的受力性能,使用有限元分析软件对钢管插入式基础进行数值模拟分析,研究锚固件尺寸、混凝土强度、钢管截面和混凝土柱截面对试件抗拔承载性能的影响。结果表明：使用三角锚固盘能够改善锚固盘与钢管焊接部分的应力集中情况,显著提升钢管插入式基础的抗拔承载能力,且混凝土强度越高优势越明显;在一定范围内增加锚固盘尺寸可以提高基础抗拔承载力,提高初始刚度和延性系数,超出范围则影响不明显,最佳的锚固盘尺寸由基础混凝土强度决定;增加混凝土强度、钢管截面尺寸和混凝土柱截面尺寸都可以提高基础的抗拔承载力和初始刚度,延性系数则随混凝土强度的提高先减小后增大,随钢管截面尺寸的提高而减小。     

基于模型试验的上拔过程中裙式吸力基础内部负压及荷载——位移变化

基于1-g模型试验,研究裙式吸力基础在饱和细海砂中的抗拔承载特性,及不同加载速率、裙结构尺寸对基础抗拔承载力和主桶以及裙内负压变化的影响。试验结果表明:裙式吸力基础底部的上拔破坏形式与传统吸力基础顶部密封时基础的底部破坏形式相同,也为局部拉伸破坏。增大裙高和裙宽均可增大裙式吸力基础的极限抗拔承载力,且增大裙宽对裙式吸力基础的极限抗拔承载力增大比较明显。裙式吸力基础上拔承载力,使得主桶被动吸力以及裙内被动吸力同时达到极限值。裙式吸力基础的主桶被动吸力不随裙高的增大而增大,但随着加载速率的增大,裙式吸力基础主桶被动吸力和裙内被动吸力均明显增大。     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。     

斜坡桩基上拔极限承载力数值模拟研究

利用有限差分软件FLAC3D,开展了斜坡桩基上拔极限承载力研究。分析了斜坡桩基上拔极限承载力的变化规律及其影响因素;并与平地桩基进行对比。分析了斜坡的存在对承载力的影响,给出了斜坡影响度的概念。研究表明:影响度大小呈现一定规律:随临坡距的增加呈现减小趋势;随坡度的增大呈现增大趋势,随桩长的增大呈现先增大后减小的趋势。实际工况中可以通过增大桩长、增大临坡距、减小坡度来提高斜坡上桩基的上拔承载力。当临坡距大于2倍桩径或边坡坡度小于1∶1.5时,再通过增大临坡距或减小坡度来提高斜坡桩基的上拔承载力效果并不显著。     

串囊式充气锚杆在砂土中的模型试验研究

串囊式充气锚杆是基于单囊充气锚杆的改进与创新,为研究其极限抗拔承载力和位移的影响因素,通过对串囊式充气锚杆进行一系列室内模型试验,获得了其相应的抗拔承载力—位移曲线.试验结果表明影响串囊式充气锚杆极限抗拔承载力和位移的主要影响因素有:充气压力、埋置深度、橡胶膜长度和厚度、气囊个数、气囊之间的间距等,这些因素对串囊式充气锚杆的影响程度各不相同.通过与单囊充气锚杆的对比试验,得出在相同条件下,串囊式充气锚杆的极限抗拔承载力较单囊充气锚杆增加了1.2~1.7倍,极限位移仅为单囊充气锚杆的37%~66%.串囊式充气锚杆在增大承载力的同时,有效的控制了位移.     

GFRP筋及钢筋抗浮锚杆与基础底板锚固性能试验研究

采用倒置锚杆-基础底板体系,通过现场拉拔破坏性试验,研究GFPR筋和钢筋两种材质抗浮锚杆与基础底板的黏结锚固性能.试验结果表明:GFRP筋和钢筋抗浮锚杆均产生两种破坏形态-滑移破坏与拔断破坏;弯曲处理对两种材质锚杆极限承载力影响效果相反,钢筋锚杆极限承载力随拉拔荷载增大而增大,GFRP锚杆极限承载力随拉拔荷载增大而减小;钢筋抗浮锚杆的Q-S曲线为双折线型,存在明显的拐点,产生拐点的原因是拉拔荷载达到材料屈服强度,而GFRP锚杆无明显屈服阶段,故其Q-S曲线近似线性分布;在分析比较3种描述锚杆Q-S曲线的数学模型的基础上,发现指-幂函数模型能较好地拟合两种不同材质抗浮锚杆的Q-S曲线,能够精准预测GFRP筋及钢筋抗浮锚杆与基础底板的极限抗拔力和滑移变形.研究成果将为GFRP筋在抗浮工程中推广应用奠定基础.     

倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载特性研究

开展数值模拟,研究了裙式吸力基础在倾斜荷载作用下承载特性,讨论了不同加载点位置以及加载角度对基础承载特性的影响。研究表明,裙式吸力基础抗拔承载力随加载点位置下移,呈现出先增大后减小的趋势;当加载点位于基础顶面以下2/3倍基础高度时,基础抗拔承载力最大。载点位置固定时,基础抗拔承载力随着加载角度的增大逐渐降低;当加载方向为垂直时,基础极限承载力最小。此外,裙式吸力基础转动点的位置随加载角度增加逐渐下移下降。     

角钢埋入混凝土中抗拔锚固试验研究

通过１９个角钢埋入混凝土试件的抗拔破坏试验，分析了角钢与混凝土之间的粘结性能，研究了在轴拉荷载作用下角钢与混凝土之间粘度应力分布情况，得出辅助锚固对角钢的抗拔承载力的影响，给出角钢最小锚固长度的计算方法。     

CS板内膨胀螺栓的抗拔与抗剪承载力试验

CS板是一种环保节能的结构构件，可用做围护结构和承载力构件．通过对埋置CS板中的膨胀螺栓进行拉拔试验和剪切试验，确定了CS板用膨胀螺栓做紧固件时抗拔与抗剪承载力的允许值，分析了混凝土面层厚度对承载力的影响．结果表明，承载力的允许值完全可以满足民用住宅的日常使用，并且混凝土面层厚度对承载力没有影响．根据极限状态下破坏特征，提出CS板内埋置膨胀螺栓的抗拔与抗剪承载力的理论计算公式，计算结果与承载力允许值吻合较好，可供工程设计参考．     

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。     

海洋平台打入式桩基抗拔承载力的时效性分析

采用ABAQUS软件对海洋平台打入式桩基的抗拔承载力的时效性进行了数值模拟分析,研究了海底土体的渗透系数对桩基的超孔隙水压力消散及桩基径向有效应力的增长规律,进行了桩基上拔的模拟分析,得到桩基抗拔承载力随时间增长规律,建立了上拔荷载—位移的关系,并考虑了上拔过程中桩底负压对抗拔承载力的影响。并提出关于无纲量时间因数T和土压力系数K的抗拔承载力时效公式,并现场测试数据进行了验证。研究结果表明,渗透系数越大,超孔隙水压力消散越快,桩基的径向有效应力增加得越大,桩基的抗拔承载力增加得也越大。桩底负压虽然对桩基的抗拔承载力是有利的,但是其在桩基承载力中所占比例很小。     

等质量圆形基础与风电空心锥形基础承载特性

空心锥形钢筋混凝土基础是一种新型陆地风电基础形式。通过开展数值模拟,研究了在钢筋混凝土用量相等情况下,空心锥形基础与传统重力式圆形基础在水平荷载、竖向荷载及弯矩作用下的承载特性和基础周围土体变形规律,探讨了基础尺寸、比尺效应对基础承载力和土体变形的影响。研究表明:相较于圆形基础,空心锥形基础水平承载力提高幅度为202%～456%,并能有效控制基础位移;弯矩承载力大幅提升5.1～7.9倍;竖向承载力最大提高35.5%。空心锥形基础水平极限承载力随径高比(基础顶面直径与高度之比)的增大逐渐减小,竖向与弯矩极限承载力随径高比的增大而增大。随锥形基础径高比增加,在水平荷载和弯矩作用极限状态下,基础周围土体隆起量逐渐减小;竖向载作用下,土体变形范围逐渐增大。对基础极限承载力进行无量纲化处理,研究比尺效应对其影响,发现比尺效应对基础竖向承载力影响较大,对水平和弯矩承载力影响较小。     

循环荷载下黄土地区桩基础抗拔承载力计算

为研究竖向循环荷载对桩基抗拔承载力的影响,基于现场试验分析了循环荷载下循环次数、循环荷载比对循环位移比的影响规律,总结了循环作用下的抗拔系数与循环位移比的关系,建立了基于循环位移比的桩基础抗拔承载力计算模型。研究结果表明：相对于单一拉拔荷载,循环荷载下桩基础的承载能力衰减更快,两种情况下桩基的承载力计算方法不可等同;循环荷载比和循环次数是影响桩基承载能力的重要因素,循环拉拔作用下循环次数大于2或循环拔压作用下循环拔压荷载比大于5∶4时,循环荷载对桩基承载力有较大的削弱作用;循环位移比对桩基承载能力的衰减存在放大作用,当循环位移比达到0.8时,桩基承载能力的衰减率达到50%,因此实际工程中应合理控制循环位移比的大小;提出了黄土地基中循环荷载作用下桩基承载力计算模型,通过案例表明,新提出模型计算的抗拔承载力与实测值误差较小,验证了模型的准确性和可靠性。研究结果为循环荷载作用下桩基础抗拔承载力的计算提供了宝贵的借鉴。     

考虑叠合面滑移的新型拼缝叠合板受力性能的有限元分析

为了优化双向受力钢筋桁架混凝土叠合板的拼缝构造方案,提高叠合板拼缝处的受力性能,本文设计了一种新型口袋式拼缝形式的叠合板。由于新旧混凝土叠合面容易发生相对滑移,从而影响板的整体承载力,因此本文利用有限元法研究其受力性能时考虑了叠合面滑移。通过对现浇板、密拼式叠合板和新型口袋式叠合板的数值分析,研究拼缝构造形式、现浇层厚度和附加钢筋对叠合板受力性能的影响。研究结果表明：新型口袋式拼缝形式可以使叠合板具有较好的承载能力,并保证了预制层和现浇层混凝土之间力的有效传递;增加现浇层混凝土厚度能够有效提高叠合板的承载力;附加钢筋配筋率对叠合板承载力影响也尤为明显,叠合板承载力在一定范围内随附加钢筋的配筋率的增加而提高。     

临坡抗拔条形锚板破坏模式及 极限承载力上限分析与试验验证

考虑土体材料的非线性特征,用非线性强度准则及其关联流动法则构造临坡条形锚板上拔时的机动许可速度场,并基于上限定理导出其曲线型破坏模式及抗拔承载力上限解.此后,借助DIC图像关联技术开展了一系列临近砂土边坡条形锚板的室内抗拔模型试验,得到了不同边坡角度及不同临坡比情况下条形锚板的抗拔承载力及上方土体破裂面发展模式.对比结果表明,临坡条形锚板的抗拔承载力与本文上限解计算结果误差在13％以内,土体破裂面模式也基本吻合,从而验证了本文理论解的合理性.最后,对抗拔条形锚板的临界临坡比进行了探讨,分析结果表明临界临坡比随埋置深度和初始黏聚力的增大而增大,随单轴抗拉强度的增大而减小.     

圆端形钢管混凝土柱偏压力学性能研究

采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土压弯构件进行工作机理及参数分析,研究结果表明:在偏压状态下,圆端形钢管混凝土具有较高的承载力和较好的延性;钢管能对核心混凝土提供有效的约束,约束效果主要集中在圆弧段;圆端形钢管混凝土偏压承载力随着钢管强度、含钢率的提高而提高;随着核心混凝土强度提高,构件承载力增大,延性降低;随着长细比增大,构件承载力降低;截面高宽比对构件偏压承载力影响较小,随着截面高宽比增大,构件延性有降低的趋势.     

砂土中抗拔群桩承载力的分析与计算

为了通过模型的方法预测砂土中抗拔群桩承载力,对抗拔单桩承载公式中的参数C进行了改进,并对此参数提出了一个预测公式。当抗拔单桩承载力未知时,不能逆分析C值,可以用预测公式计算C值。基于此推导了m×n型等距抗拔群桩承载力计算公式。结合2组模型试验的数据,验证了不同桩距、长径比和桩型下抗拔群桩承载力计算公式的合理性以及群桩效率和桩距的关系,并与其他3种计算方法的结果作比较。结果表明,4种方法都能很好地预测抗拔群桩承载力,但在预测长径比较小的群桩时,改进方法的预测结果更加接近试验值;在其他参数不变的情况下,群桩的效率随着桩距的增大而增大。     

桥头搭板受力分析及影响因素研究

以某桥的桥头搭板为工程背景,采用Midas FEA建立非线性实体有限元模型,对桥头搭板的结构受力进行了计算分析,同时分析了板底脱空长度和地基承载能力对桥头搭板受力状况的影响。计算分析表明:随着板底脱空长度的增加和地基反应模量的降低,桥头搭板的挠度、应力、裂缝宽度将逐渐增加;当桥头搭板的板底脱空长度达到一半以上时,桥头搭板的受力状况将发生严重劣化;当地基反应模量低于100 MN/m~3时,桥头搭板将出现裂缝。