载重车辆翻新轮胎承载变形特性研究

为了有效提高翻新轮胎的使用性能,利用ANSYS软件对12R22.5翻新轮胎承载变形特性进行了有限元仿真分析,并利用承载变形试验系统对翻新轮胎承载变形特性进行了试验研究,获得了胎压为530~830 kPa、径向载荷为10~35 kN多种工况下的翻新轮胎和同型号新轮胎的径向变形、侧向变形、接地形状及接地面积等承载特性变化规律;利用多元线性回归原理,提出了翻新轮胎承载径向变形数学模型计算公式,并对比分析了翻新轮胎与新轮胎的承载变形特性、接地面积特性的差异性及成因。研究结果表明:翻新轮胎与同型号新轮胎承载变形特性变化规律存在一定的差异性;当胎压一定时,翻新轮胎及新轮胎径向变形、侧向变形及接地面积均随着径向载荷的增加增大,其中变形增大趋势近似线性规律,接地面积增大趋势近似非线性规律;在相同胎压及径向载荷工况下,翻新轮胎的径向变形、侧向变形及接地面积均比同型号新轮胎小;在胎压一定、低载工况下,翻新轮胎的径向刚度和新轮胎径向刚度相近;在胎压一定、高载工况下,翻新轮胎径向刚度比新轮胎径向刚度大,且随着载荷的不断加大,径向刚度差异性越来越大;即废旧轮胎胎体橡胶老化程度越严重,其翻新后的轮胎承载变形特性越差,翻新轮胎剩余使用寿命将会越短。

水平荷载-扭矩耦合作用下斜桩承载变形特性数值模拟

利用ABAQUS数值软件分析了斜桩在水平荷载H和扭矩T耦合作用下的承载特性、桩身内力以及桩-土界面上的摩阻力等变化特征并与直桩进行了对比,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力的影响。分析结果表明:斜桩在水平荷载与扭矩耦合作用下,桩身为受扭破坏;斜桩的受扭承载力大于直桩,斜桩受扭承载力的大小与桩身倾角相关;桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力也有一定的影响,而桩身长径比的影响较大。

CFG桩复合地基承载变形特性的数值模拟研究

先对单桩复合地基与群桩复合地基的承载变形特性进行了比较,分析了沉降、桩身轴应力、土中附加应力和桩土应力比方面的差异,然后分析了桩间距、桩长、褥垫层厚度和桩端土性变化对群桩复合地基承载变形性状的影响。数值模拟结果表明:由于群桩效应影响,单桩复合地基与群桩复合地基在承载变形特性方面差异较大;群桩复合地基中桩与桩间土是否形成一个整体与桩长及桩间距有关,桩长较短时,则要求桩间距比较小,桩长较长时,桩间距可以较大些;褥垫层的厚度越大,则土分担的荷载就越大,而桩分担的荷载就越小。桩端有好的土层时,则群桩复合地基承载力有较大的提高。

斜坡上嵌岩抗拔桩竖向承载变形特性模型试验及数值模拟

随着我国输电线路工程逐步进入西部山区,越来越多的输电塔基础需要修建在陡峭的山坡上。然而,斜坡桩基在强风、雪等极端气候的抗拔承载变形特性研究不足,现行规范也尚无完善说明。基于此,开展了平地与斜坡上嵌岩抗拔桩的室内模型试验,对比分析了荷载-位移曲线、地面变形及裂缝扩展、破坏模式、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩-岩相对位移。使用试验结果与ABAQUS数值模拟结果相比较,在验证模型可靠性的基础上,进一步研究了斜坡坡度对嵌岩抗拔桩承载变形特性的影响。结果表明,平地与斜坡下的荷载-位移曲线变化规律一致,均呈陡变型。斜坡对嵌岩抗拔桩的承载变形特性具有不利影响,当斜坡坡度在0°~30°范围内变化时,斜坡坡度对极限承载力的削弱影响呈近似线性增加(0%~12.8%)。随着斜坡坡度增加到45°时,斜坡对嵌岩抗拔桩极限承载力的削弱影响急剧凸显(25.9%)。斜坡上的基岩破坏面主要发生在下坡3.2d(d为桩径)、角度为120°的扇形范围内,逆坡破坏范围约为1d,不同于平地呈对称、复合形的破坏。值得注意的是,当桩顶荷载达到约80%的极限承载力时,平地地表或斜坡下坡出现了可见的裂缝。该研究成果为斜坡上输电塔桩基抗拔优化设计及规范完善提供了科学依据。

基于分布式光纤传感技术的超长桩承载特性分析

为探究不同地质条件下超长桩承载变形特性及数值模拟中摩擦系数对桩-土相互作用的影响,以深圳湾超级总部某项目系列试桩为背景,采用FBG密集分布式光纤传感技术进行基桩内力测试,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,对比分析桩、土界面采用不同摩擦系数取值方式时土层平均侧阻力模拟结果。结果表明:(1)灌注桩承载变形特性与桩长和持力层性质密切相关,超长桩轴力沿深度方向基本呈线性递减,端阻比明显减小;持力层为强风化花岗岩层时,试桩轴力沿深度方向呈“大肚形”递减,端阻比低于17.1%。(2)数值模拟中摩擦系数取值方式会对土体侧阻力模拟结果产生较大影响,根据土层性质差异,对桩土界面采用多个摩擦系数能够提高模拟结果准确性。

嵌岩桩承载变形特性的数值分析

嵌岩桩的单桩极限承载力高,现场试桩试验加载至极限状态代价和难度均较大,试验取得的数据较难全面反映嵌岩桩的承载变形特性。基于武汉绿地中心嵌岩桩试桩试验成果,采用ABAQUS有限元软件建立桩-土-岩共同作用模型,分析了基岩岩性、嵌岩深径比以及上覆土层厚度等对嵌岩桩承载变形特性的影响。数值计算表明,基于合理的本构模型、合理地参数取值,采用有限元方法对嵌岩桩试桩试验开展模拟分析,可以取得较为合理的拟合结果。基岩岩性、嵌岩深径比、上覆土层厚度对嵌岩桩的承载变形特性均有较大的影响。基岩岩性和嵌岩深度对上覆土层段侧摩阻力的发挥影响不大。嵌岩段的承载力是嵌岩桩总承载力的主要组成部分,但对穿越深厚上覆土层的嵌岩桩,上覆土层段桩侧摩阻力是嵌岩桩总承载力的重要组成部分,不应忽视。

基于极限载荷试验的扩底抗拔桩承载变形特性的分析

结合天津于家堡南、北地下车库项目开展了2组各3根扩底抗拔桩的极限承载力试验,其中一组试桩有效桩长19 m,另一组试桩有效桩长30 m,试桩均加载至极限破坏状态。载荷试验过程中,两组试桩均对桩顶、有效桩长桩顶以及桩端位置进行了位移测试;其中有效桩长为19 m的试桩还开展了桩身轴力测试。对2组试桩成果从荷载位移曲线、桩身轴力分布、桩侧摩阻力分布规律等方面进行了分析。结合有限元数值模拟分析表明,扩底抗拔桩的承载力由等截面段桩侧摩阻力与扩大头抗力共同组成,首先由等截面段桩土侧摩阻力提供抗拔力;当上拔荷载进一步增大后,扩大头开始逐渐发挥作用,并且扩大头抗力占总承载力的比例逐步上升。极限状态下,有效桩长为19,30 m的试桩,扩大头提供的抗力占总抗拔承载力的比例分别约为50%和35%。扩大头的存在对于等截面段桩侧摩阻力的发挥影响较小。扩大头受周边土体法向力的竖向分量是扩大头抗力的主要组成部分,极限状态下,其可占扩大头抗力的70%左右。

埋深与围岩变形模量对隧道支护结构承载特性的影响分析

为探讨埋深与围岩变形模量对隧道开挖后支护结构承载变形的影响规律,以龙永(龙山—永顺)高速公路大干溪Ⅰ号隧道为研究对象,采用ANSYS建立三维数值分析模型,对隧道分部开挖支护进行模拟分析。结果表明,在3个不同埋深条件下,当围岩变形模量由4.5GPa减少1/3时,拱顶下沉量与周边收敛量均增加40%左右,初期支护拱顶水平方向应力值增加55%左右,初期支护左侧拱腰竖向应力值增加37%左右;当围岩变形模量由4.5GPa增加1/3时,拱顶下沉量和周边收敛量均减少22%左右,初期支护拱顶水平与竖向应力值和初期支护左侧拱腰竖向应力值均减少21%左右;变形模量减小对支护结构变形与内力的影响比其增大时明显。

TRD工法型钢水泥土搅拌墙的承载变形性状分析

TRD(Trench cutting Re-mixing Deep wall)工法构建的等厚度水泥土搅拌墙可内插型钢作为基坑止水和挡土结构,在基坑工程实践中得到了越来越广泛的应用。作为两种刚度差异较大材料的组合结构,TRD工法型钢水泥土搅拌墙承载变形性状和作用机理较为复杂,现阶段的工程实践尚缺乏理论计算的支持。以上海典型软土地层为背景,采用三维"m"法对型钢和水泥土的相互作用和承载变形性状进行了理论分析,主要通过对其变形、弯矩分担和局部抗剪的规律研究,对工程设计中的相关问题予以明确,并结合实测工程墙体变形进行了对比。

间歇式运行模式下黄土地基中能量桩热-力特性模型试验

能量桩是将传统桩基与地源热泵相结合的一种建筑节能新技术。为研究黄土地层中能量桩热交换效率及承载变形特性,了解黄土饱和状态对能量桩热交换效率、桩土温度、桩土沉降及桩身轴力、摩阻力的影响规律,开展间歇式运行模式下黄土处于天然湿密状态及饱和状态的能量桩模型试验。试验采用的黄土为人工配制黄土,模型桩为内置单U形换热管的现浇钢筋混凝土桩。试验结果表明:黄土中能量桩具有较高的热交换效率,黄土饱和时能量桩的热交换效率大于黄土处于天然湿密状态,随着无量纲直径D/L的增大,能量桩的热交换效率增加。不论黄土处于天然湿密状态还是饱和状态,桩顶沉降呈现出棘轮形式并随冷热循环次数增加逐渐增大。热循环、冷循环对能量桩的承载力影响不同,经过每一个完整的冷热循环后,桩的承载力均降低了。该文还建立了计算能量桩热交换效率的新公式,该公式考虑了桩身侧表面积及循环液与初始地温差的影响。

既有桥梁组合基础变形特性分析

既有桥梁的基础在加固后,前后修缮的结构形成既有桥梁的组合基础,其对于载荷的承载能力,直接决定桥梁的承载能力和使用寿命,因此,为探究桥梁组合基础变形特性,研究基于有限元建模的组合基础承载变形特性分析方法。以某文物桥梁为例,对其桥基础实行加固后形成组合基础,在分析工程地质条件的基础上,采用ABAQUS有限元软件,构建组合基础的有限元模型;设定模型的边界条件和载荷条件后,计算组合基础的内力分布,分析组合基础承载变形特性。试验结果显示:水平静力加载条件下位移结果低于平循环加载条件下的结果,其中,组合基础在水平循环加载载荷为1000t时,水平位移结果6.1mm,载荷达到2500t时,水平位移为20.4mm,依旧具备承载能力;在水平循环载荷作用下,其承载变形发生在桩身的7.5m处左右;承台和灌注桩刚接时,灌浆柱的上部和中部产生一定的集中应力分布,水平位移发生在组合基础中两个斜板上部位置以及承台位置。垂直位移主要发生在承台中后段底部。不难发现,加固后的组合基础的受力分布相对较为均匀,可增加桥梁的承载能力,提升桥梁的使用寿命。为类似桥梁基础的加固及结构分析提供了较大参考。

深路堑内浅埋层状软岩隧道锚特性试验研究

研究目的:浅埋层状软岩隧道锚锚塞体与围岩相互作用的变形特征及承载机制复杂,难以用规范或工程类比进行分析研究,为研究隧道锚的变形规律、破坏特征及承载特性,通过现场开展1∶10缩尺模型试验,确定隧道锚的变形特征及承载力安全系数,探明软岩、浅埋、层理面等因素对隧道锚的影响,最终对隧道锚进行安全稳定性评价。研究结论:(1)在各级荷载下,隧道锚的变形从后锚面开始产生并向四周围岩衰减,锚体与左右侧围岩的变形呈较规则的对称双驼峰形;(2)在设计荷载下,锚塞体的变形最大,最大变形值为0.054mm,根据相似原理获得原型隧道锚在运营期的最大变形为0.5 mm;(3)隧道锚的极限承载力高达18倍设计荷载,锚塞体在极限荷载下致使正上方浅埋岩体发生斜向上拱起破坏,破裂面由层理面原始裂缝扩展延伸,致使破坏范围超过4倍洞径;(4)隧道锚的变形限值和围岩安全系数均满足规范要求,验证了隧道锚的安全稳定性;(5)本研究成果可为油溪长江大桥隧道锚系统安全评估提供可靠的依据,也可为相关工程提供技术参考。

大直径可回收锚杆力学特性数值分析

大直径可回收锚杆具有单锚拉拔承载力大、经济性好的特点,在基坑及边坡等各类支护工程中具有较好的应用前景。采用大型商业化有限元软件对大直径可回收锚杆的承载变形特性进行了数值模拟分析。通过参数分析表明:大直径可回收锚杆的承载变形特性与锚固体的特性直接相关,并给出其极限承载力随着锚固体长度和直径增大而增大的变化规律;当锚杆的水平倾角在15°~35°之间时,锚杆的承载变形特性优于其它角度时的承载变形特性。上述结论可为工程实践提供一定的参考价值。

渗水作用下膨胀土中单桩承载变形特性研究

目前膨胀土中桩基设计仍基于非膨胀土力学的设计原则。基于FLAC3D采用热-力耦合方法实现吸热膨胀来模拟膨胀土的吸湿膨胀,并重点阐述温度场模拟湿度场的关键参数取值方法。建立膨胀土中单桩三维实体模型,得出渗水作用下膨胀土中单桩的荷载变形特性、桩侧摩阻发挥特征,并分析了桩长、桩径、膨胀系数等对单桩承载特性的影响规律。研究结论:非扩底桩最小桩长宜大于2倍膨胀影响深度;细长桩比短粗桩更能有效降低膨胀土中桩顶的位移。该方法可获得渗水作用下任一时刻的桩身受力变形特性,为研究膨胀土中桩基受荷性能提供一种可行的变通手段。

基于现场试桩的海上风电单桩基础水平承载变形特性研究

海上风电单桩基础的水平承载变形特性直接影响整体结构和风机运行的稳定性和安全性。为研究海上风电大直径单桩基础水平承载变形特性,基于某海上大直径单桩的现场试桩试验结果,采用有限元数值仿真法对桩-土接触面模型、岩土参数选取、桩身水平位移与弯矩变化特征进行分析,并与美国API RP 2A-WSD标准建议的p-y曲线法进行对比。结果表明:在各级荷载作用下,有限元数值仿真结果与试桩实测数据表现出较好的一致性。当采用p-y曲线法计算时,随着水平荷载的增大,桩身水平位移与实测值的误差随水平荷载的增大而增大,在设计上是偏于保守的;同时,桩身变形逐渐增大,最大弯矩点呈下移趋势,反弯点在泥面以下14~16 m,地基土变形由地表逐步向深部延伸,塑性区范围由浅表向深部不断扩大,说明采用的桩-土接触面模型与选取的岩土参数是基本合理的,验证了有限元数值仿真的合理性和有效性。

TRD工法等厚度水泥土搅拌墙技术与工程实践

TRD(trench cutting re-mixing deep wall)工法构建的等厚度水泥土搅拌墙具有地层适用性广、墙体均质性好、隔水性能可靠等特点。详细介绍了TRD工法构建的等厚度水泥土搅拌墙围护结构的承载变形特性、设计方法、施工关键技术、检测方法,以及作为基坑型钢水泥土搅拌墙围护结构和超深隔水帷幕的工程实践。

土工防渗膜在地基中的力学作用机理分析

针对湿陷性黄土构建了土工防渗膜灰土垫层复合地基,并获得发明专利。结合理论和数值模拟探讨了上部灰土垫层、下部原状湿陷性黄土体之间设置土工防渗膜构建的复合地基中,土工防渗膜与灰土垫层和黄土体的相互作用机理及效应,揭示了土工防渗膜限制复合地基的侧向变形、增强地基自稳能力并与地基协调变形的规律。土工防渗膜对地基力及变形的影响不大,主要起防渗隔水作用。