加装约束盘钢管桩水平承载特性数值分析

在传统钢管桩内加装约束盘（单孔、四孔）的单桩基础是一种新型的海上风机单桩钢管基础。为了掌握加装约束盘的桩基础水平承载性能的变化规律，通过自主设计加工的水平加载装置，对传统开口、闭口单桩基础及加装不同约束盘类型的新型单桩基础进行了一系列离心机模型试验，研究了不同桩型在极限状态下的水平承载特性。利用ABAQUS有限元分析软件进行数值建模，研究了新型单桩基础和传统单桩基础在水平荷载作用下的破坏模式，揭示了桩身旋转中心的变化规律。结果表明，加装约束盘的新型单桩基础在刚度和强度方面表现出较好的稳定性；相对传统的单桩基础加装约束盘之后基础的水平极限荷载有显著的提高。     

珊瑚礁地层桥梁基础钢管打入桩承载特性

钢管桩基础作为桥梁、港口码头、海上风机、近海钻井平台等领域广泛应用的基础型式之一,单桩竖向承载力是钢管桩基础设计的关键内容之一。但由于珊瑚礁地质条件复杂性,珊瑚礁地质钢管桩承载特性尚未明确。对中马友谊大桥28根钢管桩基础开展试验研究与数值计算,结果表明中等-强胶结的礁灰岩地层取芯岩样具较高抗压强度,能提供一定桩端承载力,可作为临时结构打入桩基础的持力层。揭示了珊瑚礁地质钢管桩承载机理,提出了改进的钢管桩竖向承载力设计方法,为珊瑚礁地质区域的工程建设提供有力支撑。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

海上风机复合单桩基础水平承载力数值分析

近年来海上风电发展迅速,装机容量不断增大,传统单桩基础受荷负担加重,故以单桩基础和安装在桩体外围的桶型基础(摩擦轮)组合而成的复合桩基础被逐渐采用,以保证风机服役期间的安全稳定。为研究复合桩基础承载性能,通过ABAQUS有限元软件开展复合桩基础水平承载性能的研究,分析其相较于传统单桩基础的承载力优势,并进一步进行优化设计。结果表明:相同受荷情况下,复合桩基础由于摩擦轮的存在,桩身泥面处位移和桩身弯矩均大幅减小,水平承载能力明显优于单桩基础;复合桩基础中摩擦轮直径和高度对其水平承载能力影响较明显,但其厚度对复合桩基础水平承载能力影响有限。可见复合桩基础承载能力明显优于单桩。     

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.     

摩擦群桩中单桩的等效轴向刚度及其应用

提出了摩擦群桩中单桩等效轴向刚度的概念,建议采用现场实测数据确定之;并运用这一概念分析了桥梁桩基础设计中的绝对刚性承台假定的适用性,探讨了摩擦群桩与嵌岩群桩承载机理的不同．     

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。     

浮冰作用下单桩海上风机动力响应分析

随着海上风电在环渤海地区不断发展，冰激振动响应为当前环渤海地区海上风机面临的重要问题 .基于海上风机一体化数值分析软件，对浮冰作用下单桩海上风机动力学响应展开研究 .重点探究单桩风机塔基以及泥面线处载荷动力响应变化规律，研究不同冰载数值模型、冰厚以及冰速对单桩海上风机动力响应影响，开展抗冰锥结构下单桩海上风机动力响应影响规律.结果表明：不同冰载数值计算模型下的计算结果差别较大，采用Matlock双齿模型计算出的塔基载荷以及泥面线载荷最大，分别为无浮冰作用的 2.2倍与 1.3倍；单桩海上风机动力响应随冰厚增加而增加，冰速变化对单桩海上风机结构荷载影响不明显；采用抗冰锥措施后，作用于单桩海上风机的冰荷载显著降低，极大降低单桩风机塔基以及泥面线位置处的剪力与弯矩，塔基位置处剪力与弯矩的最大值分别为无抗冰锥结构的82%与95%.同时抗冰锥结构可极大降低作用结构上的冰荷载，其冰载最大值与标准差分别为不采用抗冰锥结构的5%与7%.     

竖向荷载下软土中碎石单桩破坏模式及承载力计算

采用有限差分法对软土地基中碎石桩单桩竖向受荷破坏全过程进行数值模拟研究.引入考虑体积应变截断的塑性硬化模型模拟碎石桩体,能够较好地反映碎石桩体的非线性剪胀力学行为以及由此引起的桩土相互作用.重点分析了桩体鼓胀变形、桩侧土压力演化以及由此决定的单桩破坏模式与典型荷载沉降曲线.传统单桩极限承载力公式所假设的整体剪切破坏模式仅适用于刚度较大的土体,而在软土中局部剪切破坏模式更为常见.为此,基于弹塑性介质中圆孔扩张理论推导了考虑桩体鼓胀变形及桩周土体刚度的碎石桩单桩承载力计算公式,并通过对比数值解验证了推导公式的有效性.较为系统地研究了软土地基中碎石桩单桩的承载机理及破坏模式,可为进一步研究碎石桩复合地基承载机理打下坚实的基础.     

海上风机基础设计方法研究

主要针对海上风电场的风机基础设计进行研究。为保证海上风机基础的适用性,将选取不同深度的海域分别进行研究。根据3.0,MW风力发电机的详细参数,对单桩式、独腿三桩式和导管架式三种基础型式分别进行结构计算分析。通过对不同海上风机基础的分析论证,提供海上风机基础的设计思路。     

高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础受力分析

基于高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础承载特性,提出了一种改进有限杆单元计算分析方法.分析了高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础承载机理及受力特性,建立了双桩基础计算分析模型.其次,根据前、后桩与边坡相对位置关系,给出了后桩所受剩余下滑力与前桩所受土压力的比例关系.在传统有限杆单元分析方法基础上,结合陡坡桩受力特征,导得了考虑桩土共同作用与"P-Δ"效应的单元刚度矩阵修正方法,并在此基础上编制了适用于高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础的有限杆单元分析MATLAB计算程序.采用室内模型试验对本文计算方法进行验证,给出了适用于陡坡段桥梁桩基的设计流程图.研究结果表明:本文理论计算值与模型试验实测结果吻合良好,表明本文计算方法正确可行,可为同类工程设计提供参考.     

长短桩组合桩基础的模型实验

设计了单桩、三桩、九桩及十五桩等4种(9组)长短桩组合桩基础的模型实验,介绍了实验方案设计、实验设备、实验方法与步骤、实验结果以及实验误差原因.实验结果表明,组合桩基础中的短桩承载性状没有明显变化,而长桩则明显受到短桩的影响,在正常工作条件下长桩承载性状明显不同于单桩,加载初期上半段侧摩阻力不能充分发挥,但随着荷载的增加至接近其极限承载力时上半段的侧摩阻力才能充分发挥,并达到其极限承载力时侧摩阻力.     

斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性试验研究

以某山区斜坡地形220 kv输电线路高露头挖孔桩基础水平荷载现场试验为例,研究斜坡地形高露头挖孔桩基础水平荷载作用下的桩土体系稳定性及承载机理.结果表明:由于斜坡地形边界条件对水平承载性能的影响,高露头挖孔桩基础因埋深有限、嵌固程度低、土体约束作用弱,在水平力和倾覆力矩作用下埋置于斜坡地基的高露头桩基础呈刚性短桩特性,可基于m法计算分析其桩土体系的水平承载特性;桩身水平位移是设计控制因素,基于桩身位移和桩侧土压力的m值计算方法与结果,能够较好地反映试验现象.该成果对斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性的工程设计有一定的参考价值和指导意义.     

风浪荷载共同作用下的海洋桩基动力响应

为了研究海洋环境中风浪荷载共同作用下单桩基础的动力响应问题,建立了风浪-海床-单桩的三维单向耦合数值模型.分别采用雷诺平均N-S方程和Biot动力方程控制波浪运动和海床响应,在验证模型合理性的基础上,探究了风浪参数(如风速、风剪切系数、波高)对风浪荷载共同作用下流体与桩基响应的影响规律.结果表明:风速、风剪切系数和波高的增长会加剧桩周流体变形,加快波浪传播,进而影响桩身的水平位移与弯矩.因此,在计算海上桩基承载力时,应综合考虑风浪荷载共同作用对桩基基础的影响.研究成果将为恶劣海洋环境下桩基承载性能研究提供重要的理论依据.     

考虑混凝土损伤和钢筋屈服的海上单桩基础水平承载特性数值分析

采用三维非线性有限元方法对水平荷载作用下海上单桩基础力学响应进行了比较系统的数值分析.桩身混凝土采用弥散开裂模型,钢筋采用基于Mises屈服准则的理想弹塑性本构模型.首先对已有的基桩水平静载原位试验进行了数值模拟,计算结果与相关试验数据比较吻合.进而探讨桩周土内摩擦角、变形模量、桩体配筋率及竖向荷载水平等对海上单桩桩头水平位移与水平承载力的影响,结果表明:增大桩周土内摩擦角可有效提高桩基水平承载力.配筋率较低的单桩,其水平承载力容许值主要受桩身开裂控制,而对于配筋率较高的桩,水平承载力容许值受桩头水平位移控制.由上部结构物传递下来的竖向荷载有利于桩顶侧移的减小,但同时会增加桩身最大弯矩,最优竖向荷载水平为单桩竖向极限荷载的0.4~0.6倍.     

海上风电单桩复合筒型基础桩筒共同承载机制研究

海上风电单桩复合筒型基础(PBCF)可同时具有桩基础和筒型基础的承载优势,荷载在基桩与基础筒间的传递是桩筒协同承载的关键.运用数值分析方法,以3,MW海上风机为研究对象,分析了单桩复合筒型基础结构的桩筒结构尺寸与入土深度对地基承载力及变形的影响.分析结果表明,在上部荷载作用下,基桩承担了竖向荷载和大部分弯矩,而基础筒分担了由于桩身变位传递的水平向荷载和部分弯矩,基础结构整体具有较好的协同承载模式;合理设计基础筒与基桩的直径比能有效控制荷载分担和基础的水平变位,减小沉降差;正交试验结果表明,影响基础水平变位及差异沉降的因素按敏感度排序依次为:基础筒直径基桩直径筒裙长度基桩桩长.     

海上风电大直径单桩基础优化研究

目前用于海上风电大直径单桩基础设计的API规范的p-y曲线法低估了土的初始刚度，导致设计过于保守。本文借鉴国际上关于大直径单桩基础桩-土相互作用研究最前沿的PISA项目成果，采用能够真实反映大直径单桩基础受力模式的四刚度弹簧来模拟桩-土相互作用，依托国家电投神泉一(二)期工程进行大直径单桩基础的优化研究，在满足频率、应力、变形、疲劳等设计指标的条件下，对单桩基础的入泥深度和壁厚进行了优化，所得设计桩重相比Ramboll方法可优化6%～7%,相比API方法可优化30%以上。     

建筑桩基施工要点控制

建筑工程的桩基础一般简称为桩基,这是基础的一种类型,它通常被应用到地质条件非常以及一些对建筑质量要求非常高的工程中。根据桩基的受力原理我们可以把桩基分为两种,一种是摩擦桩,一种则是承载桩;如果按照施工方式可分为预制桩及灌注桩两种。而桩与连接桩顶的桩承台所构成的深基础或者一些桩和桩基结合在一起的单桩基础,我们都可以把它叫做桩基。桩基的承载力非常强,而沉降量却比较小,而且通常会分布的很均匀,因而适用于沿海地区的软弱地基施工过程中。下面我们就桩基工程的分类以及施工技术的要点控制进行探讨,并提出了一些有效地处理措施。     

Matlab图像处理技术研究单支盘桩工作机理

挤扩支盘灌注桩是在直桩的基础上,通过在适宜的土层加设承力盘而形成的一种变截面桩。目前,理论上对支盘桩的研究尚不够成熟,对其荷载的传递特性和承载机理等方面的问题存在不同见解。进行单支盘桩的模型试验,其荷载-沉降关系表明单支盘桩的前期沉降较小;运用MATLAB图像处理工具箱,编制图像分析程序,处理试验过程中拍摄的照片,得到模型桩周围土体的变化情况,根据土体变化,分析支盘桩受力情况,结果表明,支盘桩工作过程可分为三个阶段:桩侧摩阻力承载大部分荷载阶段、支盘承载大部分荷载阶段、支盘下土体发生剪切破坏后桩端阻力承载大部分荷载的阶段。     

考虑土体非线性的部分埋入群桩竖向振动分析

在桩基振动问题中,桩侧土往往表现出显著的非线性特性,土体动模量和阻尼的大小与桩身位移相关.目前的分析方法一般只采取恒定的土性参数,忽略了非线性的影响.基于部分埋人群桩竖向振动的研究成果,以桩身位移与土性参数之间的相互关系为依据,运用迭代方法考虑了土体非线性对部分埋人群桩振动的影响,分析了迭代收敛的条件,并通过算例分析了非线性的影响程度,观察了它与荷载大小的关系.最后,将该方法应用于分析某海上风力发电机组群桩基础的振动特性,得到其阻抗值及位移响应曲线.