柔性基础下刚性桩复合地基的力学性状研究

通过有限元的方法对路堤荷载作用下刚性桩复合地基的力学性状进行了研究,主要考虑了路堤的高度、宽度以及压缩模量,以及桩体的压缩模量与复合地基置换率等因素的影响。利用ABAQUS通用有限元程序建立路堤荷载作用下刚性桩复合地基的力学模型,重点研究了以上几个主要因素对桩土荷载分担的影响和对桩身应力的影响,对比了柔性基础下和刚性基础下复合地基力学性状的差异。     

复合筒型基础浮运允许压差研究

复合筒型基础分舱间允许压差对其安全运输具有重要意义,针对复合筒型基础浮运过程中允许压差问题,以某海上风电项目中复合筒型基础浮运工程为背景,基于有限元软件ABAQUS定量分析了复合筒型基础浮运过程中允许压差与基础外吃水、分舱板厚度、基础直径、内舱压强值等参数变化的影响。研究结果表明：复合筒型基础浮运过程中分舱板Mises应力最大值与允许压差最大值随外吃水和分舱板厚度的增加表现为指数增长趋势,但相对于分舱板厚度变化,基础分舱板允许压差最大值对外吃水变化比较敏感;分舱板增设加强肋对复合筒型基础允许压差最大值有20%～35%的显著提升。当允许压差最大值确定时,可以根据实际工程需要选取基础各变化参数安全组合中的最优解。     

黏土中宽浅式筒型基础与地基的地震响应

我国近海地基以软黏土地基为主,在地震频发的场地中,地震荷载的作用会导致浅层黏土地基的土强度发生弱化,而宽浅式筒型基础是一种新型的海上风电基础,其入土深度较浅,因此宽浅式筒型基础对地震作用下浅层土体的强度弱化较为敏感.为研究黏土中宽浅式筒型基础与地基的地震响应规律,以实际场地中原型宽浅式筒型基础为依据,参照原型宽浅式筒型基础的1阶自振频率设计并开展了一系列离心机振动台试验,监测了宽浅式筒型基础作用下黏土地基在震中和震后的孔隙水压力响应,分析了宽浅式筒型基础和黏土地基的加速度变化,研究了筒型基础作用下黏土地基的剪应力-剪应变关系,揭示了黏土地基中宽浅式筒型基础结构与地基的动力响应规律.结果表明,地震作用下黏土地基中的超静孔隙水压力累积存在滞后效应,且位于筒型基础中心线上土体的超静孔隙水压力相对较小,宽浅式筒型基础产生的大面积附加荷载作用有利于减小黏土地基振动弱化程度;随着埋深的减小,黏土地基的加速度在ELCentro波作用下呈线性衰减规律,在SIN波作用下呈非线性衰减规律,塔筒处加速度与基础顶盖处加速度相当且峰值加速度明显小于浅层地基;基础底面以下土体的应力应变滞回圈随埋深的增加而增大,而基础底面处土体的剪应变明显提高.     

地震与波浪作用下近海风电结构响应及倒塌模式

极端地震作用下近海风电结构反应的数值模拟涉及几方面问题:塔筒-基础-地基-边界系统有限元模型建立的合理与便利性;地震作用联合波浪力作用;不同地震波对风电结构体系不同作用特点.首先,开发了塔筒-复合筒型基础-地基-透射边界的可视化智能建模程序TJU.WPS(Wind Power Structure).然后,计算分析大震和波浪联合作用的风电结构动力响应,研究结构体系的地震反应对波浪力和不同地震波的敏感性;最后,分析超大震作用下风电结构的倒塌破坏模式.结果表明,(1)开发的TJU.WPS程序界面友好方便、快捷、实用可靠;(2)分析并解释了天津波、迁安波和Taft波3种典型地震动及与波浪力共同作用时风机结构振动的频谱特性,强调了波浪力的不容忽视性:与单独输入地震波相比,波浪力能够显著改变结构动力响应功率谱中能量的分布;(3)论述了3种典型地震动作用下风机结构的破坏模式相同点及其区别:超大震作用下风机结构都将脱开地基向上运动,最终回落到地基,但是风机结构脱开地基所需的不同地震波的最小峰值及脱开时刻不同.     

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.     

重型吊装场地换填垫层变形计算分析

以青岛市某软弱地基为背景,通过现场试验和ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨重型吊装场地换填垫层后持力层变形计算问题。采用内插法对沉降计算经验系数进行修正以及反演瞬时沉降的地基弹性模量,并将修正的沉降结果和反演值与数值模拟结果进行比对,研究内插法优化程度及反演弹性模量的实用性。结果表明,内插法修正分层总和法中的沉降计算经验系数能使计算的沉降结果更加接近数值模拟结果,将反演的弹性模量在数值模拟中进行赋值,使模拟结果与静载试验结果相吻合,二者均能达到优化变形计算的目的。在重型吊装场地换填垫层的持力层变形计算中采用以上两种方法具有较强的实用性。研究结果可为类似地层的地基处理和吊装工程提供参考。     

碎石桩复合地基复合模量极限值分析

针对复合地基的复合模晕是计算复合地基沉降的关键参数,但求解出完全符合实际的精确解较困难的情况,在分析碎石桩复合地基复合模量现有计算方法及计算中存在的问题基础上,将复合地摹看成由桩和土组成的复合材料,从整体上考虑,避免了桩与土之间复杂的相互作用机理分析,并采用弹性理论中最小势能原理和最小余能原理计算复合模量,推求出复合模量上、下限值计算公式.此外,对影响复合模量上、下限值的几个主要参数如桩土压缩模量、土体泊松比和置换率等进行分析.研究结果表明:碎石桩复合地基复合模量极限值随着土体模量和置换率的增大而增大,并且上限值是下限值的1.1-1.4倍,工程实例验证了所求极限值范围的合理性.     

建筑垃圾复合地基的试验与数值仿真分析

为研究建筑垃圾复合地基的承载性能,自制大型固结仪对某工程中利用建筑垃圾进行路基处理的土样、单桩及复合地基进行室内压缩试验,并通过工程现场静载试验对其承载力进行检测,利用有限元软件对不同桩径、桩长、弹性模量的建筑垃圾复合地基进行数值模拟.结果表明:建筑垃圾复合地基能显著提高软弱土路基的压缩模量,提高其承载力;增大建筑垃圾散体材料桩桩径可以显著提高路基承载力,减小路基沉降;改变桩长及桩身模量对提高软弱土路基承载力和降低路基沉降的效果并不明显.因此,建筑垃圾复合地基可以应用于软土路基处理中.     

气压对海上风电一步式运输安装船稳性的影响

海上风电一步式运输安装船由船体和端部两个带有风电整机的大尺度复合筒形基础组成.一步式运输安装船为非自航船,在运输的过程中通过与拖轮连接提供动力.筒型基础内部布置有分舱板,在基础内部形成7个舱室.拖航过程中,对筒形基础舱室内部充气使其起浮,与船体凹槽处顶盖板紧密接触.通过模型试验测定了两者之间的竖向压力以及拖航时船体的运动响应.试验结果表明:舱室内气压的大小会影响到筒型基础与船体接触力的变化及船体的稳性,即气压大时,筒型基础与船体接触力大,船体的稳性较好;气压小时,筒型基础与船体接触力小,船体的稳性较差.     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

海上风机筒型基础-场地动力响应的试验及模拟研究

筒型基础作为海上风机的一种新型基础结构,具有安装方便、重复使用、成本低等显著优点.在地震荷载作用下,地基土可能发生液化,液化后砂土的强度和刚度会降低,导致地基承载能力下降,筒型基础可能发生过大竖向沉降,严重威胁风机的运行.针对筒形基础影响范围内土体的地震响应规律,本研究开展了一系列离心机试验,记录了筒体周围砂土地基加速...     

基坑开挖数值分析中MMC模型参数的试验

为了得到修正摩尔库伦模型精确的数值模拟参数,以某深基坑工程实例为依托,取深基坑各土层的土样进行不同围压下的三轴剪切试验、卸载-再加载试验以及固结试验,从应力-应变关系曲线中获得割线模量、卸荷弹模等数值模拟参数,将这些模型参数与压缩模量进行对比分析,得出：试验粉土在不同围压下,发生的都是软化型破坏.细砂在200 kPa的围压下,有效偏应力-应变曲线无峰值点,呈现硬化型破坏.在土体还未发生破坏前,卸载再加载基本不影响土体的应力-应变曲线形式,所求得偏应力峰值点前后的卸载再加载模量近乎大小相等.试验粉土的切线模量、割线模量和压缩模量大致相等.随着参考应力的增加,土体的卸荷弹模与压缩模量的比值呈二次函数型增加.通过数值模拟验证了参数的准确性,试验研究是参数精确化的重要途径.     

复合筒型基础预应力过渡段结构优化设计

以江苏启东海域某海上风电工程的筒型基础为研究对象,通过大型有限元软件ABAQUS对初始筒型基础结构建立多种试算模型并进行有限元计算,重点研究弧形过渡段结构张拉控制应力、预应力孔道数量和布置、预应力钢绞线数量以及各类普通钢筋配置方式等因素对筒型基础新型预应力弧形过渡段传力特性及整体结构承载性能的影响.根据模型计算结果,确定最终优化调整方案为:施加有效预应力1,000,MPa,预应力孔道数量不变,钢绞线根数优化为10根,竖向普通钢筋为60道φ25,mm,环向钢筋由φ28,mm优化为φ22,mm.     

复合地基沉降计算新方法-桩体沉降法

通过模型试验和数值模拟对复合地基进行研究,提出了桩体沉降法计算复合地基沉降的新方法.根据对不同参数(桩长、桩径、桩体模量、褥垫层厚度、褥垫层模量、加固区土体模量、下卧层土体模量)的复合地基的分析,提出了桩体沉降法的两个重要参数:桩顶应力比和桩端应力比,并推导其经验公式.通过与工程实测对比分析表明,采用桩体沉降法计算的沉降量与实测数据相吻合,可以认为是工程设计的一种可靠方法.     

大型基础下含软弱夹层的层状砂土变形计算

基于饱和土的相关理论,推导了大型基础下层状地基的沉降计算模型.考虑不同的土性,根据修正剑桥模型和摩尔-库伦模型,推导了K_○0条件下且能够考虑其塑性变形的压缩模量.基于平面网格子域法结合分层总和法建立了一个完整的、更加贴近工程实际的大型基础下含软弱夹层的层状砂土地基沉降计算模型.研究结果表明:该模型的计算结果与模拟结果很贴近,且能够突出体现出软弱夹层的变形特性.研究结论可为含软弱夹层的大型基础地基沉降计算提供直接参考依据.     

K4级可自动升降式防撞柱系统性能的数值分析

为研究K4级可自动升降式防撞柱系统的性能,采用数值方法对该系统进行了车辆撞击全过程模拟.采用修正后车辆模型进行撞击模拟,并将模拟结果与实车试验数据进行对比,以验证模型的有效性.基于此模型研究了不同边界条件对防撞柱系统性能的影响,并通过32组正交数值试验,得到防撞柱各影响参数的显著性排序.研究结果表明,当土体压缩模量较小时,钢管防撞柱最大转角随土体压缩模量的增大而减小;当土体压缩模量大于10 MPa时,最大转角随土体压缩模量的增大而增大.在所有影响因素中,外套筒与底部构造的间隙对防撞柱系统性能的影响最大.建议在实际工程中将基础周围土体的压缩模量控制为8.5~12.0 MPa,并尽可能减小防撞柱底部构造与外套筒的间隙.     

复合地基复合模量的理论修正

复合模量是计算复合地基沉降的关键指标,目前主要采用面积加权公式计算复合模量,实践证明沉降计算值与实测值有较大误差·在考虑桩长、桩端土性质对复合模量的影响后,利用复合地基桩体的承载机理对复合模量面积比公式进行修正·通过与实际工程进行对比,利用修正后的公式计算的沉降值比利用面积比公式计算更接近实测值·分析表明复合模量随着桩长的增加呈线性增长,桩土模量比越小,变化幅度越大·同样,随着桩端土刚性的增长复合模量也逐渐增大,但桩土模量比越大,变化幅度越大·因此应把桩土模量比作为复合地基类别的判据·     

黏弹性人工边界-地基-基础-塔筒风致响应特性分析

首先,建立三维黏弹性人工边界和固定边界的地基-基础-风力发电机塔筒相互作用的有限元模型.然后,编制程序模拟了以Davenport谱为目标谱的脉动风场,并对其加以验证.最后,通过实测数据与数值结果的比较,验证了本文所用数值模型的准确性,分析了不同边界条件下风机结构、地基的自振特性,进而对风振反应进行时域计算和频域内的功率谱分析,并考察了不同边界条件下整个结构体系的响应情况.数值与理论分析结果表明:(1)澄清和解释了风振响应谱峰的物理意义;(2)对于顺风向的振动,筒型基础内外地基土的振动情况基本相同;对于竖向振动,相对于筒外土,由于上部结构的压载及筒型基础的"环箍效应"筒内土的振动很小;(3)两种边界条件下塔筒顶端的响应几乎完全一致;采用黏弹性人工边界的地基,地基的振动频率明显减小.此外,还给出了可供工程分析的相关建议.     

复合土层压缩模量讨论

复合地基复合土层压缩模量的计算关系到复合地基的选型和建筑物变形计算,本文通过对《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)刚性桩复合地基和柔性桩复合地基及半刚性桩复合地基复合土层模量计算式的分析,讨论界定规范公式的使用条件,可供工程界参考与讨论。     

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.