超长桩施工中桩身稳定性的三维非线性有限元分析

随着海洋油、气开发活动逐渐由近海向深海发展，出现了大直径、超长、深贯入的打入桩，打桩施工中采用的桩锤也随之加重．由于桩的直径大，桩壁薄，在打桩施工前或施工中更换桩锤时，伸出海底面的接桩段在自重、锤重和环境荷载的共同作用下容易产生失稳破坏．借助三维有限元分析方法，考虑桩身变形的几何非线性特性，对实际工程进行了桩的自由站立稳定性模拟分析．研究了线性算法与非线性算法在结果上的差异，并对不同的桩身倾斜度、自由站立长度以及桩顶作用水平荷载等工况进行对比分析，总结规律性。研究结果表明，线弹性算法的计算结果偏于危险，桩身倾斜度、自由站立长度以及水平荷载的大小对桩的自由站立稳定性均有较大的影响．     

土塞效应对不同壁厚大直径钢管桩竖向承载力的影响

通过对钢管桩单桩竖向极限承载力计算公式分析,发现计算公式中并没有考虑壁厚改变对钢管桩端部承载力以及土塞效应的影响。文章使用小泉法对钢管桩的土塞效应进行判断,在此基础上运用ANSYS有限元软件模拟分析在其他条件不变的情况下,不同壁厚的钢管桩对竖向承载力的影响。通过对不同尺寸钢管桩进行逐级加载绘制出钢管桩桩顶的荷载—位移曲线,从而得出不同尺寸钢管桩的竖向承载力。通过对钢管桩竖向承载力与钢管桩壁厚的变化趋势进行拟合分析可知钢管桩的竖向承载力与壁厚呈线性关系,可为今后涉及钢管桩壁厚改变时的竖向承载力计算提供参考。     

离心钢管混凝土桩抗剪性能研究

针对离心钢管混凝土桩(普通SC桩),建立有限元横向受剪模型,并利用该模型进行参数分析,试件的参数包括材料的强度、钢管的壁厚、桩壁的壁厚和剪跨比.结果表明,剪跨比λ≤0.8的普通SC桩构件为剪切破坏,0.8<λ≤1.0的普通SC桩构件为弯剪破坏,λ>1.0的普通SC桩构件为弯曲破坏.根据有限元计算结果,拟合推导出离心钢管混凝土桩抗剪承载力的经验公式.     

成层地基中薄壁管桩水平承载性状数值分析

针对成层地基中薄壁管桩受水平荷载的问题,基于有限元理论,编制了薄壁管桩全桩位移和内力的计算程序,利用该程序结合工程算例对影响薄壁管桩水平承载性状的因素进行了分析.结果表明:桩径是影响薄壁管桩水平承载性状的主要因素,其次是桩长和地基土性质,而桩身刚度和桩身壁厚的影响相对较小.     

管材壁厚对双直径圆管吸能元件成形与自由翻转的影响

利用ABAQUS 6.14软件模拟了在不同壁厚下,材料为20钢双直径圆管吸能元件的液压胀形、折叠和自由翻转的过程.并分析了不同壁厚下液压胀形与折叠后的壁厚分布,准静态压缩翻转变形模式以及准静态压缩时翻转力与翻转半径与推导公式之间的关系.结果表明：壁厚减薄程度与管材初始壁厚大小有关;20钢双直径圆管成形后发生轴向压缩时其自由翻转的模式多为内管外翻;推导的翻转力与翻转半径理论公式与实际测得翻转力与翻转半径的结果比较吻合.     

基于有限元模拟技术的加热炉二级盘管评定

利用ANSYS对两种加热炉二级盘管进行了应力分析及评定,判定两种二级盘管壁厚设计是否满足实际要求.理论校核两种二级盘管的壁厚,计算壁厚是否满足设计要求.根据国内外两种不同标准的要求,按照有限元计算,判定两种二级盘管是否满足使用要求.     

填芯SC管桩抗震性能参数分析

运用有限元分析软件ABAQUS对填芯SC管桩进行抗震性能有限元分析,考虑混凝土壁厚、钢管强度以及填芯材料3个因素对填芯SC桩抗震性能的影响.对比分析试件的滞回曲线和骨架曲线可以得出,随着钢管壁厚的增大,填芯SC桩的抗震承载力和耗能能力明显增大,而混凝土的壁厚、填芯材料对填芯SC桩抗震承载力的影响较小.     

超长桩基对临时栈桥及平台结构的力学特性影响研究

研究通过控制单一变量,选取有关结构强度、刚度及稳定性的力学指标,包括组合应力、剪应力、位移和第一阶临界荷载系数K,深入研究和讨论了不同桩长、桩径和壁厚对临时栈桥及平台结构的力学特性的影响.研究结果显示桩长、桩径和壁厚对于临时栈桥的横向分配梁、平联和钢管桩的位移量影响最大,随桩长增加,桩顶横梁、平联和钢管桩位移值的增幅都达到500％以上;而随着桩径和桩壁厚度增加,三者的位移值降幅都达到60％以上.所以施工过程应该合理管控桩长,同时适度增加桩径和壁厚,以保证结构具备稳定性.     

超声内检测含缺陷管道壁厚确定方法

超声内检测器检测含缺陷管道时,回波信号高度敏感于探头与管道的空间相对方位,是影响管壁厚度检测精度的关键影响因素之一。利用自主研制的A扫描超声内检测实验装置,针对DN219×7.48 mm、Q235碳钢外壁含体积型缺陷管道,开展超声探头与被测管道分别在正对状态和存在轴向错位、环向错位以及两种错位共存4种状态下的超声检测实验,获得了不同空间姿态下的回波信号。分析了回波信号的时域波形特征,基于提取的时域特征参数,建立了管道壁厚计算过渡方式,并确定了壁厚计算方法。发现能确定含缺陷管段壁厚的错位范围比确定无缺陷管段壁厚的错位范围小;轴向错位对信号中缺陷底面回波特征的影响比环向错位大。结果表明:提出的含缺陷管道壁厚计算方法能准确确定管道壁厚,计算壁厚与实际壁厚最大误差小于5%,说明检测精度满足工程需要。     

蒸汽疏水阀用等壁浮球和不等壁浮球的设计计算

等壁浮球与不等壁浮球在蒸汽疏水阀中虽然均为浮子,但在设计计算校核过程中,却有很大的区别。等壁浮球采用外压球形容器的强度计算公式及外压球形容器的壁厚计算图表计算确定浮子壁厚,应用内压浮球形容器的强度计算公式进行强度校核;而不等壁浮球必须先初步计算等壁壁厚,然后确定出不等壁壁厚,依据浮球材料的弹性临界皱缩压力进行强度校核。     

近似展开方法对椭圆形封头强度影响的研究

椭圆形封头表面属不可展曲面，在加工制造时需将封头曲面等分，每一份都用可展曲面近似代替的方法进行展开、下料、弯卷，最后焊接成椭圆形封头。显然，实际制造出来的椭圆形封头形状与其理论形状之间有一定的误差，对承受中低压力的椭圆形封头，可由微体平衡方程和区域平衡方程算得设计壁厚。由于计算的依据是椭球面的理论形状，所以得到的壁厚比近似展开曲面对应的壁厚要薄。分析近似展开方法对壁厚计算的影响，得出理论计算壁厚的补偿量，避免以增加安全系数加大壁厚的盲目性，也为各种近似展开方法的合理性判断提供了理论依据。     

坡顶斜向受荷桩内力及位移分析

位于边坡顶面上的建（构）筑物桩基,具有承重和阻滑双重功能,又兼有抵抗水平荷载或倾斜荷载作用,其受力性状远比边坡内部的抗滑桩、水平地面上的横向受荷桩或倾斜受荷桩复杂。在综合分析和评价国内外组合受荷桩研究工作的基础上,分析了坡顶斜向受荷桩独特的受力特点,从而将其分为自由段、受荷段、嵌固段3个特征桩段,在此基础上,综合考虑p-△效应、滑坡推力、地基系数、桩身侧摩阻力、桩身自重等影响因素,建立了各特征桩段的微分方程。基于＂m＂法,采用矩阵计算方法,得到单桩计算分析的幂级数解答,并通过实例分析表明该方法准确方便。     

钢管-水泥土组合桩的抗拔性能

针对传统抗拔桩承载能力的局限性,根据劲性搅拌桩施工及荷载传递特点,提出钢管-水泥土组合抗拔桩形式,并借助ANSYS数值模拟软件,分析钢管直径及壁厚对组合桩承载能力及破坏模式的影响。结果表明:钢管直径对组合桩的抗拔性能影响显著。钢管直径小于0.4 m时组合桩的承载力增幅很大,达到0.4 m时承载力接近极限值;钢管直径为0.3~0.4 m时组合桩破坏模式较合理。钢管壁厚对组合桩的抗拔性能影响较小。壁厚为10 mm时组合桩的极限承载力增幅较大,钢管壁厚宜取10 mm。钢管壁厚不影响组合桩的破坏模式,破坏均发生在钢管与外桩界面。该研究为改善水泥土搅拌桩的抗拔性能提供了参考。     

PSC桩抗震性能有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件对预应力离心钢管混凝土管桩（PSC桩）进行抗震性能有限元分析,根据有限元模拟结果对其破坏特征、滞回曲线以及骨架曲线进行初步分析,并通过改变钢管壁厚、混凝土壁厚以及预应力筋配筋率,分析其对抗震承载力的影响。结果表明,PSC桩破坏表现出明显的塑性特征,滞回曲线呈梭形,形状饱满,耗能能力好;随着钢管壁厚的增加,PSC桩的抗震承载力增加较为明显,随着预应力筋配筋率的增加,抗震承载力有一定程度提高,混凝土壁厚对PSC桩抗震承载力几乎没有影响.     

土塞效应对饱和土中外露管桩纵向振动影响

考虑管桩周围饱和土层和桩芯饱和土层的竖向位移,分析了单位厚度管桩周围饱和土和桩芯饱和土对管桩的作用力,建立了在饱和土中考虑土塞效应时部分外露管桩纵向振动的控制方程,并运用传递矩阵法求得了管桩纵向振动的桩顶复刚度.计算结果表明:管桩壁厚较小时,减小壁厚对复刚度的影响不大,但管桩不宜过薄;土塞深度、管桩周围饱和土与桩芯饱和土剪切模量比对管桩纵向振动有较大影响,且影响规律与频率有关.     

钻孔灌注桩极限承载力的分析及计算

据静载试验,对厚冲积覆盖层岩溶地区钻孔灌注桩持力层顶板厚度和嵌岩深度进行分析和计算,并对其进行优化.首先,利用相关地质资料,对上部土层侧阻、嵌岩侧阻和桩端阻力的分布和发挥程度进一步分析,估计土体中桩身极限摩擦阻力和桩端极限承栽力;其次, 利用静载试验所获得的桩身侧阻、嵌岩侧阻和桩端阻力的分布和发挥程度,估计作用在嵌岩段侧阻力, 对嵌岩深度进行计算,力图使桩身摩擦阻力、嵌岩段侧阻力和桩端阻力都得到有效地利用.     

铁路线路不对称曲线的中边桩坐标计算

在铁路线路勘测设计中用到的不对称曲线,对其特点进行分析,建立起数学模型。阐述各曲线要素计算方法,对曲线段的中桩和边桩坐标计算方法进行详细讲解,举出例子;通过该计算方法对实际问题进行计算,并指出实际计算中需要注意的问题。     

SC桩抗震性能有限元分析

文章利用Abaqus软件对SC桩在低周往复荷载作用下的抗震性能进行有限元模拟,根据有限元模拟结果对其破坏特征和骨架曲线进行初步分析,并通过改变壁厚,分析其对S C桩承载力、刚度产生的影响.结果表明,S C桩的破坏表现出明显的塑性特征,塑性变形能力强;滞回曲线形状饱满,耗能能力好;随着钢管壁厚的增加,承载力近似呈线性增加;混凝土壁厚在一定范围内对SC桩承载力有较大影响.     

山区斜坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析

根据山区斜坡段桥梁基桩的承载机理,考虑桩前岩土体弱化效应,建立斜坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析简化计算模型;建立山区斜坡段桥梁基桩桩-坡体系的总势能方程,并利用能量原理及变分法进行求解,导出基桩屈曲临界荷载及稳定计算长度公式;然后,通过与模型试验结果进行对比分析,验证理论解答的可行性;结合有限元法探讨桩身弹性模量、自由段长度、桩径以及嵌固深度等因素对某实体工程桩稳定性的影响。研究结果表明:基桩存在一临界嵌固深度;桩径及埋入比对基桩稳定性影响较大;弹性模量对基桩稳定性影响较小。     

土体侧移作用下被动桩受力变形的简化解析计算

为了分析邻近堆载作用下或失稳土坡中被动桩的力学特性,根据桩土侧向相互作用机理,将被动桩划分为自由段、被动段和主动段.将土体侧移作用下桩身附加被动荷载的分布模式假定为二次函数,基于Euler-Bernouli梁理论和Winkler地基模型,提出了土体侧移作用下被动桩的通用简化计算模型.然后,分别建立了各桩段的微分控制方程组,结合桩段界面连续条件和桩顶、桩底边界条件,求得桩身响应的解析解.最后,通过算例分析验证了该解析解的可靠性,并对被动桩受力响应的主要影响因素进行了分析.结果表明,随着土体侧向位移作用于桩身被动侧荷载水平的增大和地基土抗力的下降,桩身弯矩和水平位移逐渐增大.