沉入式桶式基础防波堤抗倾覆稳定性计算

在波浪荷载作用下,沉入式桶式基础防波堤抗倾覆稳定性是其稳定性计算的一个重要部分。假设沉入较深土层的桶式基础防波堤极限状态下的稳定性主要由桶侧土压力、桶侧摩阻力、桶底土反力、桶底摩阻力维持,其工作原理与挡土墙类似。文中假定桶体绕转动中心转动,港侧为被动土压力,海侧为主动土压力,同时假定被动侧桶底土体达到极限状态。由于下桶内部有较多隔墙,假定下桶结构与桶内土体协同变形,即桶与桶内土体看作一个整体。基于上述假设,通过解析的方式,推导了桶壁土压力及摩阻力、桶底土反力及摩阻力的表达式,建立了沉入式桶式基础防波堤满足抗倾覆稳定性要求的三维计算方法。通过数值分析与离心机试验对比,验证了本文抗倾覆稳定性计算方法的可靠性。

《桶式基础防波堤监测技术规程》团体标准简介

在连云港港徐圩港区防波堤工程建设中,为适应深层软土地基和复杂波浪条件,由连云港港30万吨级航道建设指挥部、中交第三航务工程勘察设计院有限公司、中交第三航务工程局有限公司江苏分公司和水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院共同研制开发了一种适合外海深厚软基大波浪条件下的新型桶式基础直立式防波堤。

防波堤椭圆形桶式基础结构的贯入受力特性实验研究

某工程拟在深水软土地基上修筑防波堤,为了尽量减少地基处理充分利用天然地基,创新性设计出一种轻型薄壁的预制防波堤结构,其挡浪部分为直立薄壁圆筒,基础部分则为倒扣的薄壁椭圆形桶,并且椭圆形下桶为外壁和内隔板分成9个格室,防波堤结构浮运至指定位置后,拟采用负压工法施工安装就位。这种新型防波堤结构为国内外首次提出,其下沉施工设计尚无规范可循,为此开展了土工离心模型试验,在模型加速过程中模拟了椭圆形下桶基础在淤泥层中的自重下沉,之后利用新研发了一种大行程作动加载装置给椭圆形下桶施加下推力,让其继续向下贯入直至穿越整个淤泥层,以模拟负压工法的贯入下沉。试验测量了下桶贯入下沉过程中的推力与贯入位移,还尝试测量了桶壁和内隔板断面的压应变,由此分析了下桶基础的下沉总阻力、桶壁摩擦力以及截面压应变随贯入位移的变化。结果发现,这些曲线均出现了转折点,根据转折点对应的下沉总阻力确定了椭圆形下桶基础贯入过程所遭遇的临界下沉总阻力值,据此估算了负压工法中所需施加的压力差。

新型桶式基础防波堤下沉分析及其对稳定性的影响

鉴于新型桶式基础防波堤下沉过程的复杂性,单纯少量的下沉监测并不能全面、细致地反映这一过程。通过对桶体的简化处理,借鉴静压桩的下沉模拟方法,采用ABAQUS有限元软件对桶体的下沉挤土效应进行了模拟分析。通过分析发现,受桶体下沉影响,桶壁附近土体主要受到了桶壁水平挤压作用、紧靠桶壁的竖向挤压及摩擦作用及两桶壁之间盖板的竖向挤压作用。受几种作用的影响,桶壁附近的土体变形可分为紧靠桶壁的下沉区域、离桶壁稍远范围内的相对隆起区及两桶壁之间顶部的下压变形区,而且土体的这些变形决定了桶壁附近土体复杂的应力变化。在挤土效应模拟的基础上,进一步分析了考虑挤土效应对桶体稳定性的影响,挤土效应可增加桶体的稳定性。

桶式基础沉贯阻力系数的理论研究

桶式基础在海洋工程中具有广阔应用前景,其安装可行性分析的核心是沉贯阻力计算。通过理论推导建立了基于土体强度指标和静力触探贯入阻力的两类桶式基础沉贯阻力计算方法之间的联系。对黏土,侧壁沉贯阻力系数可按黏聚力因子与锥尖阻力系数的比值确定;端部沉贯阻力系数可按条形地基承载力系数与锥尖阻力系数的比值确定。对砂土,侧壁沉贯阻力系数与侧压力系数和界面摩擦系数成正比,与基础形状系数和地基承载力超载压力系数成反比;端部沉贯阻力系数为形状系数的倒数。基于北海地质条件确定的沉贯阻力理论值与经验值相近,为沉贯阻力系数提供了理论基础。并针对我国海床地质条件,开展沉贯阻力系数研究。

粉土中吸力式桶形基础沉贯及抗拔特性试验研究

吸力式桶形基础的负压沉贯控制和抗拔承载力确定是海洋钻井平台和海上风电机组多桶基础以及深海吸力锚基础设计和施工中的关键问题。通过室内大比例模型试验研究了吸力式桶形基础在饱和粉土中的负压沉贯及抗拔特性。负压沉贯试验结果表明负压并不能明显减小吸力式桶形基础在粉土中的沉贯阻力,基于CPT试验结果可较为准确地预估沉贯施工所需负压,从而确保沉贯的顺利实施和防止沉贯过程中地基发生管涌破坏。不同加载速率下的上拔试验结果表明存在一临界加载速率,当实际加载速率超过该临界值后,加载速率对吸力式桶形基础的抗拔特性影响较小。结合桶体及桶外土体的变形,提出了粉土地基中不同受力状况下吸力式桶形基础的抗拔承载力计算方法。

新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析

对于软土地基上的新型桶式基础防波堤,其稳定性分析的关键是桶壁土压力分析。根据实际工程,通过数值模拟,分析了不同荷载水平、不同荷载作用点高度、不同土质状况下桶壁土压力的分布规律。分析发现,不同情况下的软土地基新型桶式基础防波堤,桶壁土压力分布区域可分为海侧圆弧端主动土压力区、两侧直壁端静止土压力区及陆侧圆弧端被动土压力区。经与理论计算的Rankine主动、被动土压力和静止土压力的对比分析发现,海侧主动区的土压力与陆侧被动区土压力分别介于主动土压力与静止土压力、静止土压力与被动土压力之间,两侧直壁端的桶壁土压力与静止土压力比较接近。在两端圆弧段,桶壁土压力沿深度分段线性分布,且单宽桶壁土压力合力与荷载水平呈线性关系。当荷载作用点的高度发生变化时,桶壁土压力的分布规律相类似。基于桶壁土压力的分布形式,提出了桶壁土压力的简化计算方法,为计算桶体稳定性带来方便。

沉入式大圆筒防波堤稳定性计算方法

假设沉入较深土层的大圆筒防波堤的稳定性主要由土的嵌固作用维持 ,其工作原理与无锚板桩相似。根据大圆筒防波堤直径很大的特点 ,在无锚板桩计算方法的基础上 ,进一步考虑土体作用于筒底的水平切力、筒底土反力、以及筒内外土体对筒壁的竖向摩擦力对稳定性的作用 ,建立了沉入式大圆筒防波堤满足稳定性要求的嵌固深度计算方法。通过数值计算 。

波浪作用下沉入式大圆筒防波堤的稳定性模拟与研究

分析了沉入式大圆筒防波堤的受力情况 ,推求了通过水工模型试验研究其在波浪作用下稳定性的相似比尺关系 ,介绍了模拟研究的经验和体会。

新型桶式基础防波堤桶体阻力分析

包括桶壁、隔墙摩阻力和桶底端阻力的桶体阻力是维持桶体稳定性的一个重要因素。外侧桶壁摩阻力与桶土相对位移及接触状态有关,内侧桶壁和隔墙摩阻力与桶土相对位移有关,桶底端阻力与桶土接触状态有关。波浪荷载作用下,海侧上部的外侧桶壁与土体脱离,下部产生相对土体的向上位移,陆侧桶壁则相反;海侧内侧桶壁与隔墙产生相对桶内土体的向上位移,陆侧则相反;海侧桶体底部与土体脱离,陆侧则挤压土体。波浪荷载作用下,在绕桶体转动中心发生向上位移的迎浪侧,随荷载水平增加,桶壁与隔墙摩阻力由桶体自重作用下的正摩阻力减小变为负摩阻力,桶底端阻力则减小直至为零;在绕桶体转动中心发生向下位移的背浪侧,桶体阻力在桶体自重的基础上增加。

沉入式大圆筒防波堤稳定性分析的有限元强度折减法

沉入式大圆筒结构的抗滑、抗倾稳定性是靠地基土的嵌固作用来维持的,可通过弱化土体强度来实现对结构极限破坏状态的模拟.在该假设的基础上,建立了沉入式大圆筒防波堤稳定性分析的有限元强度折减法.结合某工程实例,利用有限元强度折减法,分析了沉入式大圆筒防波堤结构的稳定性,并与加载系数法计算结果进行了比较.分析结果表明:用强度折减法与加载系数法计算所得的结构稳定性安全系数吻合得很好,适用于防波堤结构的稳定性分析.强度折减法只需对土体的强度进行弱化,操作方便,并克服了加载系数法的缺点,适用于作用荷载复杂的结构物稳定性分析.

基于标准化水平残余位移的沉入式钢圆筒防波堤抗震性能研究

根据国际航运协会《港口结构抗震设计指南》、日本港口结构震害调查结果和钢圆筒结构特点,将标准化水平残余位移作为沉入式钢圆筒防波堤的抗震性能指标,同时运用振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基防波堤的动力特性,并评估了防波堤的抗震性能。结果表明,当设计地震动为1.7 m/s2时回填砂地基防波堤处于可服役状态,设计地震动为3.2 m/s2时防波堤处于可修复状态,不满足防波堤性能等级为S的要求,建议在设计中考虑远场地震和近场地震对防波堤抗震性能的影响。振动台试验研究发现当地震波加速度峰值为3.2 m/s2时筒外回填砂由于液化导致其对防波堤的侧向力改变,防波堤试验模型发生明显的倾斜现象,建议在地基加固设计过程中重点考虑筒外回填砂。当地震波加速度峰值为1.7 m/s2和3.2 m/s2时,钢圆筒筒壁应力最大值随高度的增加均呈现减小的趋势,同时钢圆筒防波堤存在两处薄弱环节,分别位于筒底及泥面处,因此结构设计时应优先考虑。

采用拟静力法的新型桶式基础防波堤结构稳定性分析

三维情况下,桶体稳定性是一个复杂的空间结构与土相互作用的问题。结合工程实例,建立了三维新型桶式基础防波堤有限元模型,对其稳定性进行分析。从而,动力作用下桶体结构位移与目前静力计算的结果相差较大,针对这个问题,分析提出等效拟静力法,通过与动力作用后相等的孔压等效成与之对应的静荷载,然后计算桶体位移。该方法的关键是找出桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的关系,同时找出此处土体孔压与动荷载之间的关系,从而建立静荷载与动荷载之间的关系。经数值模拟与试验对比,结果证明所提的等效拟静力法比较合理。在模拟与分析原型桶体基础上,进一步分析了不同尺度及不同荷载作用点高度时,桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的近似直线关系。

徐圩港标准桶式防波堤基础模板设计与施工

桶式防波堤基础是一种新型的港口挡浪墙结构,采用工厂预制工艺完成下部结构施工,具有施工速度快的优势;桶式防波堤基础工厂化集中预制最大限度地实现了施工机械化、规模化和标准化,改善了现场施工环境,有益于施工安全、质量和工期控制,可广泛应用于我国港口建设。笔者对桶式防波堤总体预制方案进行了阐述,重点介绍整体钢模板设计与施工;工程实践证明,工程质量符合国家规范要求,保证了施工安全。

地震作用下回填砂地基沉入式钢圆筒防波堤变形机理分析

为分析沉入式钢圆筒防波堤变形机理,通过振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基沉入式钢圆筒防波堤的动力响应影响。研究结果表明:当地震波加速度峰值为3.2 m/s^2时,防波堤筒外回填砂产生明显的液化滑移现象,且由于液化导致筒外回填砂对防波堤的侧向力改变,防波堤试验模型发生倾斜现象,建议优先对筒外回填砂进行改良;通过数值模拟对防波堤抗震性能设计极限值进行分析,当设计地震动加速度为3.2 m/s^2时,由于钢圆筒屈服强度高,钢圆筒处于弹性阶段,损伤程度主要由水平残余位移决定。通过数值模拟研究了钢圆筒应力影响规律,发现了防波堤钢圆筒的薄弱环节,可为工程设计提供参考依据。

桶式基础结构负压下沉自动控制系统

结合连云港徐圩防波堤工程,介绍了一种桶式基础结构负压下沉的自动控制系统,该系统可以根据工艺流程自动控制桶式基础结构的上升和下降,整个工艺流程中实现自动纠偏,并在上位机上实时显示桶式基础结构的位置和姿态。

桶式基础防波堤结构设计与施工BIM应用

针对桶式基础结构设计与施工数字一体化的问题,开展BIM技术在桶式结构设计与施工中的应用研究。以连云港徐圩港区4区围堤工程为背景,结合桶式基础结构设计规范,依托BIM技术,将桶式结构防波堤设计与结构计算相结合,给出了桶式结构族库构建和桶体结构BIM设计及扩展应用方法。基于该方法,开发了桶式基础结构BIM设计计算一体化软件,提出基于BIM设计成果的设计与施工衔接交互方法以及桶式基础结构施工安装监测可视化方法。提高了桶式基础防波堤结构设计与施工的质量和效率,为新型装配式桶式基础结构的推广奠定了基础。

徐圩防波堤工程桶式基础结构防腐措施

桶式基础结构属新型防波堤结构型式,通过徐圩防波堤工程介绍此结构的防腐措施,采取符合规范的原材料,选用高性能的外加剂和合理的配合比,适当加大保护层,可以有效防止腐蚀的进程,延缓腐蚀速度,延长直立堤的使用寿命。

随机波作用下沉入式大圆筒结构的动土压力及结构失稳机理探究

为探究随机波作用下沉入式大圆筒结构的失稳破坏机理 ,文章进行了不同波浪条件下的随机波水槽实验并测取了结构表面的动土压力时程 ,通过在时域和频域的综合分析并结合结构的实际失稳状态 ,文章对沉入式大圆筒结构的失稳破坏机理进行了探索和阐释。研究表明 ,必须充分重视随机波作用下地基土动力特性的演变 ,结构的振动响应导致地基土强度软化以及不可逆塑性变形的发展 ,以致在波浪的持续作用下使结构发生倾斜并最终倾倒 。

桶式基础结构沉放稳定性试验研究

桶式基础结构在工程实践中采用等候潮水方式沉放安装,延缓了施工速度,形不成流水作业,限制了桶式基础结构的应用范围。为此,开展桶式基础结构沉放稳定性试验研究,通过室内水池试验,采用主参数相似制作试验模型,观测模型在水下不同深度情况下隔仓内气压值、水位值和缆绳张力值,通过对比分析,归纳出负浮力是桶式基础结构沉放稳定性的主要控制因素;隔仓内气体能够提供稳定浮力,而且还具有一定恢复平衡的能力;采用负浮力工艺可以实现桶式基础结构水下安装,能够保证安装工艺的安全性。