循环荷载下粉土中吸力基础承载特性试验研究

针对我国东海海域的粉土海床工况,基于模型试验,研究了循环荷载下吸力基础的荷载-水平转角响应规律,分析了吸力基础水平刚度与水平转角的相关特性,并建立了海上风力发电机使用寿命中吸力基础累积转角与循环次数的关系式。结果表明：循环荷载下吸力基础周围粉土的变形呈增加趋势,刚度随循环次数的增加而减小;加载或卸载过程中,吸力基础转动中心均呈明显的上移趋势,这将加速吸力基础的倾覆;卸载刚度与循环次数遵循对数增加关系。     

竖向偏心荷载作用下吸力桶荷载-变形特性非共轴本构数值分析

在竖向偏心荷载作用下建立吸力式桶形基础数值分析模型,采用砂土非共轴弹塑性本构模型研究土体主应力方向旋转和非共轴角度的变化规律,探讨非共轴特性对吸力桶力学特性的影响.主要研究结论表明:在地基变形过程中,非共轴角度呈现先增大后减小的发展趋势.随着偏心距的增加,等效塑性应变在地基中的分布范围逐渐减小,非共轴特性也将减弱,非共轴特性对荷载-变形特性的影响逐渐减弱.对于桶壁端部阻力和桶壁外侧摩擦阻力,非共轴特性的影响随着偏心距的增加而减弱.对于桶体顶部阻力和桶壁内侧摩擦阻力,非共轴特性的影响随着偏心距的增加而逐渐显著.     

海上桶型基础平台负压下沉渗流场的数值分析

采用有限元-无限元方法对负压作用下的海上桶型基础周围海底土体的渗流场进行数值计算与分析，给出了桶型基础负压下沉渗流场的分布规律和渗流量，流速分布以及水力坡降的计算方法，计算结果令人满意，为桶型基础的设计提供了依据。     

循环荷载下粉煤灰复合地基竖向承载特性模型试验研究

为研究粉煤灰单桩复合地基竖向循环承载特性,开展在循环荷载作用下的室内模型试验。通过监测桩身及土体变化情况,分别从桩顶累计沉降、土压力、桩身内力等方面进行分析。试验结果表明：循环桩顶累计沉降前期呈现快速增长,而循环荷载比临界值为0.6,将后期沉降变化划分为稳定型和增长型两种趋势;桩侧土压力主要影响桩身上半部分土体,并沿竖向和径向均出现衰减现象,且竖向衰减更为明显;对桩端阻力强化系数Z和桩侧阻力弱化系数D分别进行拟合,可得到对实际工程中不同循环周期下桩端、桩侧阻力强弱变化情况分析,具有参考依据的函数方程;循环荷载下的桩端/桩侧荷载分担比呈现动态变化,循环周期的增加,将会存在桩端所占承载比例超越桩侧所占比例的占比反超点,循环幅值越大,出现反超点所需的循环次数也越少。     

基础环式风机基础周期荷载损伤特征分析

基础环式风机基础的损伤累积破坏影响风力机系统的安全运行。针对基础环式风机运行过程中基础混凝土损伤问题,以内蒙古某49.5MW风电场为例,利用ABAQUS有限元软件建立风机基础混凝土损伤模型,对比分析了静力荷载工况与周期性荷载工况下基础混凝土损伤变化规律。结果表明：静力荷载工况下,基础主要产生拉伸损伤,受压性能稳定,钢筋骨架未达到极限状态;相较于静力荷载,在周期性荷载作用下,拉伸损伤区域增大3倍,竖向扩展增加3倍,压缩损伤面积扩展2倍,位移量增加1.6倍,钢筋应力增大0.5倍,有助于解释周期性荷载作用下基础的损伤行为。     

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...     

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。     

考虑非共轴特性的吸力桶基础竖向荷载-变形特性研究

土体在剪切变形过程中会产生较为显著的主应力方向旋转,主应力方向与塑性主应变增量方向将呈现出显著的差异即非共轴现象.采用砂土非共轴弹塑性本构模型,以吸力式桶形基础为研究对象,研究土体主应力方向旋转和非共轴角度的变化规律,探讨非共轴特性对地基荷载-位移关系的影响.研究结果表明:在竖向荷载作用过程中,土体主应力方向处于单调旋转状态,吸力桶形基础高径比对土体主应力方向的旋转规律(方向、速率和极值)有显著影响.非共轴特性对荷载-位移关系的发展趋势有显著的减缓滞后作用,该作用在地基变形中期比较显著.随着高径比的增加,非共轴特性逐渐显著,该特性对地基竖向荷载-位移关系的影响逐渐明显.     

循环荷载作用下海上风机单桩基础周围砂土沉降与对流特性

将实际海况中的风、浪、流及叶片转动产生的动力荷载简化为作用在模型桩顶部的水平循环荷载,设计了室内概化二维模型试验,研究海上风机单桩基础周围土体的运动特性。采用PIV和PTV技术对振动单桩及其周围土体运动过程进行测量,获得了不同工况下单桩及其周围土体的沉降与对流运动规律。结果表明:桩顶加载频率和位移幅值与土体变形各特征尺度均基本呈线性关系,加载频率和桩顶位移幅值越大,土体变形特征尺度也越大;准平衡时刻沉降坑深度与对流区深度比值范围为0.24~0.34,沉降坑宽度与对流区宽度比值范围为1.47~2.34;桩周砂土颗粒对流运动由桩土相互作用产生的摩擦剪切应力驱动并持续存在,其运动速度量级为10^-4 cm/s,一般比桩体振动速度低3个量级。     

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.     

海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.     

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。     

静载及循环荷载下砂土中复合桩基承载特性模型试验研究

随着桩基的广泛应用,对桩土间承载机理的研究越来越多.根据桩土间接触作用,采用大比例桩土模型进行了室内试验.为更好地仿真桩土间的摩阻效果,试验过程中对桩的材料进行了改进,并开发了一套竖向静载及循环加载系统和测试装置.通过对砂土中复合桩基进行竖向静载和循环加载试验,基于模型桩基的桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩底反力等数据的分析,发现桩基承载性能随加载次数增加而增强:桩顶沉降提高了29.6%,桩身轴力提高了40.4%,桩侧摩阻力下降,桩底反力提高了50%,且桩基极限承载力提高了25%,为继续研究服役期桩基不同加载条件下的桩-土作用提供了数据支撑.     

循环荷载作用下NaCl溶液对黏土动力特性影响及微观机理分析

针对黏土易与水结合,孔隙溶液环境变化对黏土动力特性有较大影响的问题,使用GDS真/动三轴仪对黏土试样进行模拟交通循环荷载下的分级加载试验,研究不同浓度NaCl孔隙溶液、振动频率对土体应力-应变关系和动弹性模量的影响,分析骨干曲线及弹性模量的发展规律,并结合电镜扫描,分析NaCl溶液浓度和振动频率改变前后试样的孔隙分布规律,得到微观孔径与动力特性的关系。结果表明,随着NaCl溶液浓度和振动频率的升高,应力-应变曲线和动弹性模量曲线呈上移趋势;阻尼比-动应变曲线随振动频率的增加而上升,随NaCl溶液浓度的增加而下降;NaCl溶液浓度升高,水化反应产生的胶体增多,微填充作用可有效减少小孔隙,振动频率增加则使得片状颗粒间距被压缩,层状结构减少,土体更加密实,有效减少大孔隙。研究得出的含NaCl溶液黏土受孔隙溶液浓度与振动频率变化的影响规律,可为研究其他环境下黏土的强度变化提供参考。     

海上风力发电机桶形基础竖向初始动阻抗影响因素分析

利用ABAQUS大型通用有限元软件,建立弹性半空间中的海上风力发电机桶形基础(简称桶基)有限元模型。将数值解与已有解析解对比,验证桶基数值模型的准确性。并研究不同因素对桶基竖向初始动阻抗的影响,以及桶基与桶壁壳基础初始动阻抗的关系。结果表明,桶基长径比、桶基厚径比、土体泊松比、土体剪切模量、土体非均匀性对初始动阻抗影响明显,桶基材料对初始动阻抗影响不大;桶基和桶壁壳基础初始动阻抗基本重合,桶基可以退化为桶壁壳基础进行模拟。     

饱和软黏土地基中单桶形基础水平承载特性有限元研究

桶形基础作为一种新型的浅海基础形式与传统基础形式相比具有诸多优越性,但是,其与地基土体之间复杂的相互作用使得此类结构的承载机理与破坏形式始终未有明确的界定.采用三维有限元方法对单桶形基础水平承载力进行了数值计算,并将计算结果与试验数据进行比较,验证了有限元方法的可靠性.进而,通过多组变动参数比较研究,探讨了饱和软黏土地基中单桶形基础水平承载力随着土体有效重度、土体变形模量、桶体长径比的增加而增大,随着荷载作用高度的增加而减小的特性,为工程实践提供了一定的参考意见.     

局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上厚矩形板的弯曲

在建筑结构设计中的局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上矩形板的计算一般采用有限元法和图表,在理论上很难获得一般性的解析解.本文以局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上四边简支厚板的弯曲问题为例,由功的互等法导出了一般封闭解析解的表达式,给出了图表形式的计算结果,并与有限元结果进行了对照.证明了本文给出的一般性封闭解析解的表达式是正确的.