砂土中浅埋管道在竖向-水平荷载空间的承载力包络线研究

由于广泛采用的J形或S形直铺技术,深海海底管线往往处于浅埋状态,在运行期间管道可能受波浪、洋流或温度荷载作用而发生侧向移动,这时海床会受竖向以及水平向荷载联合作用而处于极限状态。因此,为准确评估浅埋管道在这种复合加载条件下的稳定性,采用有限元数值分析的方法研究了砂土海床中浅埋管道在竖向-水平V-H荷载(V-H)空间的承载力包络线以及主要的影响因素,并开展室内模型试验验证了数值分析结果的可靠性。研究表明,随着砂土内摩擦角??以及管道相对埋深z/D的增大,承载力包络线显著扩大但形状不变,据此分别建立了包络线尺寸的控制参数Vmax和μ0关于?和z/D的函数关系式。在实际工程中,可以将海床土性参数以及可能的荷载组合纳入到包络线中分析,来评价管道的在位稳定性。

桩筒复合风电基础H-M荷载空间的承载力包络线研究

海上风电机组属于高耸结构物,上部结构及叶片塔筒等传递至基础顶面的水平向荷载H及倾覆力矩M是其地基基础主要承受的作用力。桩筒复合基础是一种新型的海上风电基础型式,其组合了单桩与单筒的地基承载优势,建立H-M荷载空间的地基承载力包络线,是评价该种新型基础地基稳定性的重要手段。本文通过数值模拟分析研究了桩筒复合基础在砂性土中H-M加载模式的地基承载力包络线,并开展了室内模型试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究表明新型基础结构在砂性土中H-M荷载空间的地基承载力包络线归一化后在第一象限内具有较好的规律性。在实际工程中,可以根据受力状态与承载力包络线的相对关系,评价桩筒复合型基础的稳定性。

中砂和软黏土中桩顶竖向力对桩身水平承载力影响对比分析

为探讨中砂和软黏土地基中桩顶既有竖向力对桩身水平承载力的不同影响规律,基于ABAQUS建立了单桩基础三维有限元分析模型,并结合已有载荷试验结果验证了模型的合理性.在此基础上,采用Probe法分别获得均质稍密中砂和软黏土地基中2种不同桩身长径比(L/D)的单桩基础在保持不同桩顶既有竖向力(V)不变时,水平力(H)引起的桩身位移、桩身极限承载力及承载力包络线.结果表明:桩顶既有竖向力从桩身竖向极限承载力(Vult)0.2倍增加至0.8倍时,稍密中砂地基中的桩身水平极限承载力(Hult)提高13.6%～41.2%;反之,软黏土中Hult降低2.2%～6.5%,且L/D较小时这种影响差异更趋明显.最后,通过对比分析加载过程中桩周地基土中的竖向应力、桩侧摩阻力及桩侧土抗力的分布与变化特征,讨论了这种影响差异的内在机理.

上砂下黏地层中桩-筒复合基础V-H承载特性

海上风机基础不仅受自重等竖向力V作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V-H组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V-H组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V-H承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明:桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在(0.4~0.7)Vult范围内变化。

安装扰动对筒型基础短期承载性能的影响

随着海上风电一步式安装技术的发展,筒型基础安装扰动对短期承载性能的影响有待进一步研究。为此采用Abaqus用户子程序自定义场变量的形式,模拟了筒型基础安装扰动对周边土体强度的影响;然后通过三维小变形分析方法研究了不同安装扰动范围对筒型基础短期承载性能的影响。研究结果表明,安装扰动中的侧壁扰动部分是引起筒型基础承载力降低的主要原因;基础的竖向和抗倾覆承载力受安装扰动的影响降低明显,且降幅与基础的长径比有关,而基础的水平承载力降低相对较小,且降幅与基础长径比无关;此外,安装扰动后基础的复合承载力包络线形状与未扰动工况一致,可采用相同的表达式进行描述。在此基础上,提出了考虑安装扰动影响的筒型基础承载力计算方法,可用于评估安装扰动对筒型基础短期承载性能的影响。

局部冲刷下砂土中桩-盘复合基础H-T联合承载特性

海上风机基础工作时既承受复杂组合荷载作用,也受波流冲刷影响。单桩-摩擦盘复合基础同时结合了单桩与重力式基础的特点,摩擦盘还可起防冲板作用。为探讨砂土地基中H-T联合作用时局部冲刷对这种复合基础承载特性的影响,首先基于室内水槽试验装置,完成了一系列模型载荷试验;获得了冲刷前后桩-盘复合基础的荷载-位移曲线,经无量纲化处理与曲线拟合,获得H-T联合受荷桩-盘复合基础的承载包络线及其简化计算公式。然后,采用有限元细化分析了主要冲刷参数(冲刷深度、冲刷宽度、冲刷角度)及加载点高度对复合基础承载特性的影响,结果表明:冲刷坑的存在使复合基础的横向及扭转抗力明显降低,削弱程度分别可达25%及45%;进一步分析表明,桩身弯矩值随加载点高度的增加而显著增大,随预加扭矩的增加呈下降趋势;局部冲刷会明显削弱复合基础的承载力,同时H-T联合作用时相应的承载力包络线向内发生不同程度的收缩;其中,冲刷深度的影响最大,对横向抗力与扭转抗力的削弱程度分别可达约35%及60%,冲刷角度次之,冲刷宽度的影响最小;此外,不同加载路径下桩-盘复合基础承载力包络线呈现一定程度的差异。

局部冲刷下砂土中桩-盘复合基础V-H组合承载特性

海上风电基础除承受复杂组合荷载作用外,也受波流冲刷作用.为探讨局部冲刷对砂土地基中V-H联合加载下单桩-摩擦盘复合基础承载特性的影响,基于自行设计的室内水槽试验装置,完成了一系列冲刷及模型载荷试验,获得了复合基础冲刷前后的荷载-位移曲线,经无量纲化处理与曲线拟合,得到复合基础承载包络线及其简化计算公式.计算结果表明:局部冲刷作用使复合基础的竖向及横向抗力明显降低,削弱程度分别约12.1%和26.9%.进一步分析表明:存在一个最优预加竖向荷载(V),其对复合基础的极限横向承载力起到最显著的增强效果;此外,局部冲刷作用导致V-H联合受荷单桩-摩擦盘复合基础的承载包络线明显向内收缩,所提出的简化计算公式可供工程应用参考.

多向荷载耦合作用下复合基础承载特性分析

针对水下石油生产系统复合基础在不同方向荷载耦合作用下的承载特性,分析复合加载模式下的破坏包络线。采用非线性有限元数值模拟方法,通过固定位移比法绘制竖向—倾覆、水平—扭转、竖向—水平—倾覆、竖向—水平—扭转荷载空间内的地基承载力破坏包络线,分析不同长径比和桩间距对不同方向荷载耦合作用下地基承载力包络线的影响,并分别将归一化处理后的竖向—倾覆、水平—扭转荷载包络线拟合为关于长径比和桩间距的包络线数学表达式。结果表明:随竖向荷载分量的增大,基础在二维荷载空间内包络线尺寸有所减小。结合实际工程应用,通过绘制地基承载力破坏包络线,对基础设计方案校核和评估,能很好指导工程实践与设计。

饱和软黏土中不同形状深水防沉板基础承载特性研究

防沉板基础是水下井口、管汇节点与管汇终端等的永久支撑结构,其承受的荷载具有明显的复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。本文研究了在剪切强度随深度线性增长的不排水饱和软黏土中,相同用钢量条件下矩形、方形、六边形和圆形防沉板基础的承载特性。采用数值模拟方法确定了竖向荷载V、水平向荷载H(Hx、Hy)、弯矩荷载M(Mx、My)和扭矩荷载T联合作用下,防沉板基础在V-H、V-M、V-T、Hx-Hy、Mx-My、T-H和T-M荷载空间的地基承载力包络线,并建立了相应的拟合公式。研究表明,不同的基础形状对其承载力影响显著,当V较大时,适宜选用圆形基础;当H较为显著时,应选用矩形或方形基础;圆形、方形和矩形基础的抗弯特性分别适用于不同条件下M为主控荷载的情况;当T的影响不可忽视时,矩形或方形基础为首选形式,六边形和圆形基础次之。

双层地基中倾斜受荷桩承载特性数值分析

为探讨上黏下砂和上砂下黏双层地基中倾斜受荷单桩承载特性,首先基于ABAQUS建立上黏下砂与上砂下黏双层地基中长径比L/D=5和10的倾斜受荷桩3D数值分析模型,在此基础上,采用位移控制法,得到了相应工况下单桩的竖向和水平极限承载力,并运用probe法计算获得了上黏下砂及上砂下黏地基土工况下长径比L/D=5和10的桩的桩身承载力包络线。通过对上述双层地基工况下的单桩(L/D=5和10)施加与桩轴线成0°、30°、45°、60°的桩顶倾斜荷载,得到了桩身水平位移曲线、桩侧土抗力分布规律以及双层地基中上下土层的层厚比、倾斜荷载倾角、倾斜荷载大小、桩身长径比L/D等对桩身承载力、桩身水平位移的影响特性。

阿尔及利亚某项目结构设计综述

随着“一带一路”的推进,中国建筑企业已在海外承接及实施了较多的EPC项目。对于国内的结构设计师,掌握国际通用标准及当地标准已是时势所趋。某项目结构设计时,对阿尔及利亚的结构设计标准、我国标准及欧洲标准做了详细的对比和总结,对项目技术难点均做了详细的分析。为我国建筑结构设计师提供参考、总结经验、了解异同,参与全球化的建筑结构设计。

均质砂土地基中竖向力–水平力–桩顶扭矩共同作用下单桩承载特性试验研究

为探讨单桩在竖向力(V)、水平力(H)与桩顶扭矩(T)共同作用下的承载特性,基于自行设计的V-H-T组合加载装置,完成一系列室内单桩载荷模型试验,获得V-H-T共同作用时的桩身内力变形曲线,以及3个荷载分量对桩身承载力的相互影响曲线和桩身承载力包络线,并通过无量纲化处理与拟合,得到相应的桩身承载力计算公式。试验结果表明:相比于纯受扭桩的桩身扭转极限承载力(T_u),H和V的作用将导致桩身扭转承载力降低,如在0.6V_u(桩身竖向极限承载力)–0.6H_u(桩身水平极限承载力)组合下桩身极限扭矩减幅达66%;V-H-T组合作用时,预先施加的V削弱了桩身扭转承载力,但同时有利于提高桩身水平力,而H对于桩身竖向承载力的影响可忽略不计;另外,3个荷载分量间存在复杂耦合关系,随T增大,桩身水平和竖向位移均会有所增加,说明桩侧摩阻力与水平抗力存在相互影响,因此,在工程设计中不能简单地基于叠加原理来评估组合载荷作用下桩身承载能力。