非均质黏土地基单桩基础水平极限承载力研究

为减少海上风机长期受到风浪流等水平荷载的影响,利用ABAQUS软件建立非均质黏土单桩基础极限承载力有限元模型,利用温度作为虚拟变量以反映非均质黏性土抗剪强度随深度变化的关系,采用生死单元法进行地应力平衡,并比较有限元得到的水平荷载下单桩基础承载力变化结果与离心机试验结果,以验证其准确性。结合刚性桩与刚柔性桩水平极限荷载下土体失效模式,分析不同长径比、土体弹性模量系数、桩土摩擦因数等参数对单桩基础水平极限承载力影响。结果表明:桩体预埋深度增加后,桩体从刚性桩向刚柔性桩转变,土体破坏模式从楔形、旋转破坏转变为楔形、满流和旋转破坏。土体弹性模量系数对单桩基础水平极限承载力影响较小,长径比和桩土摩擦系数对单桩基础水平极限承载力有较大影响。

砂性土中海上风电单桩基础水平极限承载力确定方法对比

总结已有的3类单桩基础的水平极限承载力确定方法,分别为极限平衡法、p-y曲线法和定性方法,并结合试验实例研究采用不同方法计算得到的水平极限承载力之间的差异性。结果表明:不同方法求得的结果差异性较大,最大差距可达38.84%。鉴于无统一的方法,以及采用不同方法得到的结果差异性较大,单桩基础的水平极限承载力确定还需要进一步研究。

负载下外包钢筋混凝土加固钢柱的水平极限承载力参数分析

为研究负载下外包钢筋混凝土加固型钢柱的水平承载性能,考虑钢柱轴压比、型钢与混凝土之间的摩擦系数、栓钉设置等因素,采用有限元方法分析该柱水平极限承载力随各影响因素的变化规律。结果表明:对于外包钢筋混凝土加固工字钢柱,即使型钢表面不布设栓钉,钢柱的水平极限承载力仍较加固前有较大提高,且提高幅度随钢柱轴压比的增大而增加;当柱端型钢布设栓钉范围超过1/4柱长时,加固后钢柱的水平极限承载力会随栓钉沿钢柱高度方向的布设范围增加而略有增大,且随钢柱轴压比增加而大幅提升。

重力式锚碇水平极限承载力估值公式探讨

研究目的:当前基于摩擦设计的重力式锚碇的水平极限承载力估值偏保守,没有考虑锚碇结构与地基协同作用,联合承载的估值结果与实际偏差较大。本文利用平硐岩基摩擦试验、重力式锚碇基底深部位移监测和数值仿真试验等手段,探讨重力式锚碇与岩基的协同作用和联合承载机制。研究结论:(1)极限试验破坏形态揭示了重力式锚碇不是单纯的摩擦承载,而是锚-岩联合承载;(2)锚碇-岩基联合极限承载分为两个阶段和三个效应,初期为基底摩擦极限承载,摩擦效应;之后,前部齿坎夹持岩体剪切破坏极限承载,锚岩系统联合承载性能达到极限,夹持效应;基底上覆土重量对上述两部分都有提高,回填效应;(3)提出了考虑上述效应和联合承载机制的重力式锚碇水平极限承载力估算公式,经工程案例检验,公式极限估值9.6P与数值仿真确定的极限值8.0P接近,说明公式精度有保证,符合实际破坏模式;(4)该研究成果可用于新型重力式锚碇的设计和安全监控领域。

杭州湾大桥南岸超长栈桥钢管桩水平极限承载力分析

杭州湾大桥南岸超长栈桥钢管桩基础的水平承载力,是保障栈桥结构安全的关键因素之一。栈桥桥位处的风、浪、潮、冲刷等恶劣环境因素的不确定性,给栈桥的设计与施工带来了严峻的挑战。通过研究栈桥钢管桩基础的物理边界条件,探讨了水平极限承载力的判定准则,同时应用非线性桩土相互作用计算模型,进行了桩基水平承载力分析,从而评价了栈桥结构安全度。

吸力式沉箱的水平极限承载力计算

吸力式沉箱是一种重要的新型海洋结构物基础 ,其水平承载能力可采用极限平衡法近似地估算。本文提出了分析成层土地基中沉箱水平承载力的简单方法 。

补偿式基础水平极限承载力研究

补偿式基础以挖出的土体来抵消建筑物的重量,既能加大地下空间的开发,又能满足城市环境问题的需求。其水平极限承载力是设计和研究中的关键。考虑重力、基底以上土体的抗剪强度以及土和基础之间的摩擦,建立不同尺寸的补偿式基础的有限元模型,分析其在水平荷载作用下的破坏模式。结果显示,其破坏模式有整体破坏模式、基底滑动破坏模式和嵌固破坏模式3种。在此基础上,理论分析不同破坏模式下的水平极限承载力,得出相应的计算式,可供设计时参考。

BFRP加固钢筋混凝土圆柱的水平极限承载力分析

为研究玄武岩纤维布加固不同长细比钢筋混凝土圆柱的水平极限承载力,在配筋率、轴压比等因素相同的条件下,利用有限元软件ABAQUS对不同长细比和不同加固层数的25根钢筋混凝土圆柱进行模拟分析.结果表明,通过外贴玄武岩纤维布可以有效提高钢筋混凝土圆柱的水平极限承载力,且与粘贴层数有密切关系.通过有限元分析结果对比,得出了一定长细比范围内玄武岩纤维布加固钢筋混凝土圆柱的最佳约束层数.

高强钢筋混凝土井壁水平极限承载特性实验

针对西部地区某煤矿冻结井筒的支护问题,根据相似理论,采用模型实验方法研究了高强混凝土井壁的水平极限承载特性。实验结果表明:井壁结构在水平荷载达到10 MPa后,钢筋应力进入屈服应力阶段,表现出明显的塑性流动;井壁破坏荷载达18.4 MPa,破坏前混凝土的最大环向应变可达-3 400×10-6。实验结果可为井筒支护参数优选和工程监测提供参数。

考虑冲刷的单桩水平极限承载力预测模型研究

冲刷对海上风电单桩基础的水平承载力影响显著,目前缺乏长径比对冲刷下单桩水平承载力的影响规律研究。开展冲刷下单桩水平受荷数值模拟,研究长径比对冲刷下单桩水平极限承载力的影响规律,结果表明:(1)冲刷深度为0.5D,1D和1.5D时,相较于无冲刷情况,单桩水平极限承载力分别下降至少16%,29%和40%;(2)提出单桩水平极限承载力弱化因子η量化长径比对冲刷下单桩水平极限承载力的影响规律,当长径比L/D<10时,弱化因子η随长径比L/D的增加而增大,在长径比L/D≥10时,弱化因子η趋于稳定;(3)基于弱化因子η构建考虑冲刷的单桩水平极限承载力预测模型,预测结果的相对误差小于8%。该模型能为海上风电项目中单桩基础设计提供理论参考。

砂土地基中刚性单桩水平极限承载力改进计算方法

为了更准确地分析砂土地基中水平受荷刚性单桩的极限承载力,基于桩-土相互作用,推导出被动侧桩周实际径向土压力,并根据实际径向土压力分别提出极限土抗力和侧阻抗力矩改进计算方法。在此基础上,建立考虑侧阻抗力矩、桩端水平力和弯矩影响的刚性单桩水平极限承载力计算模型,给出水平极限承载力解析解。最后,通过算例验证本文方法的正确性。研究结果表明:本文推导的极限土抗力和侧阻抗力矩更符合实际受力状态;水平极限承载力改进计算方法可使平均相对误差由-15.914%减小到2.089%,可为工程实际提供参考。

基于土拱效应的单桩水平极限承载力分析

为了简便确定柔性单桩的水平极限承载力,将柔性长桩等代为刚性短桩,基于桩后土体楔形体破坏模式及土拱效应,假设大主应力拱轴线为圆弧,推导得出了桩后被动土压力系数和水平微分单元层间摩擦系数,获得了柔性单桩水平极限承载力的改进计算方法。与已有实验数据成果进行对比分析,本文计算得出的水平极限承载力平均误差仅为2.9%,能够较好地与试验结果吻合。结果表明,本文计算方法对柔性单桩的水平极限承载力的确定具有一定指导意义。

吸力式桶形基础水平极限承载力研究

与传统重力式基础、桩基础相比,桶形基础具有结构形式简单、造价低、便于运输、可重复使用等优点,而且其在不良软黏土地基中有不可替代的优势。基于有限元法和极限平衡法分析了一种新型桶形基础的水平极限承载力,并将两者结果进行对比,结果表明:通过有限元分析,得出该新型桶形基础以转动破坏为主,当处于极限平衡状态时,桶体后侧与土体发生分离;桶形基础的水平极限承载力随着黏土不排水剪切强度的增大而增大;在有限元分析的基础上,通过极限平衡分析法得出计算该桶形基础水平极限承载力的理论求解公式,并通过与有限元计算结果进行对比验证了该公式的适用性。

砂土中刚性短桩水平极限承载力的离散元模拟分析

在砂土中桩水平极限承载力的离散元数值模型中,桩体作为刚体,在桩端自由和桩端固定的边界条件,桩体受水平力,分别产生旋转运动、水平运动。根据不同深度桩侧土阻力、相应桩体的位移,得到p–y曲线。此外,可以详细观察桩土相互作用,以揭示桩体运动所造成的影响。最后,比较分析离散元模型分析水平极限承载力结果与其他现有半经验法的计算结果。

钢骨混凝土井壁水平极限承载特性的试验研究

针对600～800 m巨厚冲积层中煤矿立井井筒的支护问题,提出了采用钢骨钢纤维高强混凝土井壁结构型式.为了研究该种井壁结构的水平极限承载特性,根据相似理论,采用物理模拟试验的方法,开展了2个模型井壁的破坏性试验,研究了该种井壁结构的水平极限承载特性和变形破坏特征.试验研究表明:在竖向荷载(井壁自重应力)加载阶段,钢骨和混凝土能够协同变形;水平荷载加载阶段,钢骨应变达到屈服应变后,钢骨表现出一定的塑性流动变形能力;井壁破坏时,钢骨和混凝土的切向应变值可达-3500×10-6(压);利用厚壁圆筒的弹性、塑性极限承载力估算井壁的水平极限承载力上、下限值,试验值更接近塑性极限承载力;由于钢骨和钢纤维的加入使得高强混凝土的脆性得到改善,钢骨钢纤维高强混凝土井壁具有更好的塑性变形能力和延性,是深厚表土层中一种可行的井壁结构型式.

平面非对称钢框架结构在水平荷载下的极限承载力估计

平面不规则框架结构由于外力作用中心和刚度中心的不重合,会产生扭转,使得部分框架的承载力不能充分发挥。提出了一种塑性设计中对于钢框架结构整体水平极限承载力的简化估计方法,给出了完整的计算过程、公式和示意图,应用有限元分析软件ANSYS对9个框架进行了分析,给出这种框架水平承载力以及相应的结构层间变形的有限元分析和简化估计结果,并进行比较,证明此简化估计方法能给出较好和偏于安全的结果。

水平荷载作用下钢管支架的弹塑性极限承载力分析

通过考虑桩土相互作用以及材料和几何非线形,对钢管支架在水平荷载作用下的极限承载力及其影响因素进行了分析,从而对钢管支架的安全度作出合理的评价。

饱和细砂中裙式吸力基础水平单调加载模型试验——承载力及变形分析

海上风电资源的开发和利用是当今世界关注的热点问题，作为其塔架的基础，主控荷载是水平荷载。裙式吸力基础具有更高的水平承载能力和控制水平位移的能力，故非常适合作为海上风电塔架的基础。通过饱和细海砂中裙式吸力基础的水平单调加载模型试验，探究基础水平承载力的影响因素及转动点位置的变化规律，并分析了地基土的变形影响范围及规律。研究发现：与传统吸力基础相比，裙式吸力基础的水平承载力提高显著，且能有效控制水平位移；水平承载力随基础的裙高、裙宽的增加而增大，随加载高度的增加而减小；在水平荷载作用下基础主要是绕某一点（即转动点）发生转动，转动点位于主桶长度的0．45～0．7倍之间；达到极限荷载时，地表隆起范围远远大于沉降范围，沿加载轴线方向，隆起范围约为2．5倍主桶直径。

饱和砂土地基中吸力式桶形基础水平承载力研究

吸力式桶形基础不仅承受着上部结构及自身所引起的竖向荷载,还受到波浪、海流、海风等引起的水平荷载作用,在高纬度海域冬季还可能受到海冰的长时间挤压作用。利用三维有限元模型,研究饱和排水砂土条件下吸力式桶形基础的水平极限承载力和失稳模式,分析缓慢施加水平荷载时吸力式桶形基础失稳破坏机制,探讨不同长径比的桶形基础承载性能,研究桶体内外壁土压力分布情况和转动轴位置,并根据极限平衡解法,推导出饱和砂土地基桶形基础水平极限承载力计算公式。研究结果可为砂土地基条件下的吸力式桶形基础的设计提供参考。

斜壁桶形基础水平承载力的三维有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对桶形基础受水平荷载进行数值模拟,并与模型试验结果进行对比.通过数值计算,分析饱和软黏土中单个斜壁桶形基础受水平荷载后的破坏模式.通过变动参数,分别探讨研究了土体有效重度、土体不排水抗剪强度、桶体等效长度和宽度、荷载作用高度对饱和软黏土中单个斜壁桶形基础水平承载力的影响及相对敏感性.