V-H-M复合加载模式下三桩基础的失效包络面研究

为了研究海上风机三桩基础在竖向荷载V、水平荷载H和弯矩荷载M复合加载模式下的极限承载特性,建立了350组三桩基础有限元极限分析模型,系统分析了三桩基础在单向加载、H-M双向加载和V-H-M三向复合加载条件下的失效包络面形态,探讨了深径比、距径比等因素对三桩基础失效包络面的影响规律。研究表明:①随着竖向荷载的增加,三桩基础在H-M平面上的失效包络线将持续收缩并整体向H和M坐标轴的负方向发生偏移,该影响在V=0.95 V_(0)^(+)时偏移现象尤其明显;②当竖向荷载V/V_(0)^(+)≤0.50时,三桩基础主要受水平荷载的影响发生倾覆破坏,而当竖向荷载V/V_(0)^(+)≥0.75时,基础则会发生竖直方向上的压入破坏;③三桩基础失效包络面尺寸随深径比与距径比的增大而增大;④所提出的经验公式可较为准确地预测三桩基础复合承载力大小。

复合加载模式作用下地基承载性能数值分析

确定竖向荷载(V)、水平荷载(H)和力矩(M)共同作用下建筑物地基的破坏模式及在荷载空间(H,V,M)中的破坏包络面是地基设计中的关键问题。为提高Swipe试验方法计算精度,提出了改进方案,进而利用有限元方法分析了复合加载模式作用下均质粘性土地基上条形基础的破坏包络面。计算表明,基于改进Swipe试验方法的数值模拟结果明显好于常规Swipe试验方法。针对海洋工程中实际复合加载模式的特点,探讨了竖向荷载分量V对地基破坏模式和H-M荷载平面上的破坏包络线的影响,结果表明竖向荷载分量显著地改变了地基的破坏模式及包络线的形状。

地基-基础接触条件对复合加载模式下地基承载力特性的影响

为了研究地基-基础接触条件对复合加载模式下地基极限承载力及相应破坏机构的影响,在极限分析上限有限元法分析中,引入速度型刚性板单元及3结点三角形单元,分别模拟地基基础破坏时条形基础与地基的运动。根据地基-基础接触面承受法向拉应力特性,将地基-基础接触条件分成两类:能够承受一定的法向拉应力的接触条件I和不能承受任何拉应力的接触条件II,建立两类接触条件下地基与基础运动的约束列式及极限承载力数学规划计算模型,由此分析地基-基础接触条件对复合加载模式下地基承载力特性的影响,并在三维荷载空间(H,V,M)中得到相应的地基破坏包络面。计算结果表明,当竖向荷载分量值较小时两类接触条件下相应的力矩承载力及相应的地基破坏机构差异明显,而当超过竖向极限承载力的一半时,两类地基-基础接触条件下的承载力特性趋于一致。

复合加载条件下吸力式沉箱基础承载特性数值分析

吸力式沉箱基础的承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键问题。这种新型的深水海洋基础型式,通常承受竖向上拔荷载与水平荷载的共同作用,其工作性能与设计理论远远不能满足工程实践的需要。本文采用有限元分析方法对吸力式沉箱基础的极限承载特性进行数值计算。以大型通用有限元分析软件ABAQUS为平台,通过二次开发,数值实现了Swipe试验加载方法和固定位移比分析方法,针对不同的沉箱长径比、土的强度折减系数,探讨了沉箱基础在垂直上拔荷载和水平荷载单调联合作用下的极限承载力,通过对不同荷载组合的数值计算构造了复合加载条件下沉箱基础破坏包络面。

输电线路掏挖基础承载特性离心机试验研究

掏挖基础是输电线路建设中广泛采用的基础型式,但对其复合加载承载特性的研究较少。针对不同荷载工况下坚硬黏性土地基中掏挖基础承载特性,开展离心机模型试验研究。结果表明,单独上拔荷载作用下,地基破坏模式受基础埋深比的影响,浅及深埋的临界埋深比在2~3范围;水平荷载作用下,对于高露头基础,随着露头高度增加水平承载力明显降低;对埋深比为2的无露高基础,先施加水平力会使其极限上拔承载力有所提高,施加的水平力越大,基础抗拔能力越强;对埋深比为2的有露高基础,在施加相同水平荷载和相同弯矩2种情况下,基础的净峰值抗拔力与无露高基础HV组合加载时的抗拔承载力相差均小于10%,即高露头产生的弯矩对HV组合加载时基础上拔承载力的影响相对不大。所得结论可为不同荷载工况下输电线路掏挖基础设计提供一定参考。