Evaluation of ultimate bearing capacity of Y-shaped vibro-pile

Based on Mindlin stress solution, a numerical computational method was proposed to calculate the stresses in the ground induced by side friction and the resistance of Y-shaped vibro-pile. The improved Terzaghi's and ЪерезанцевВГ's methods for ultimate bearing capacity evaluation were proposed by considering the stress strength induced by friction resistance at pile head level of Y-pile. A new method to calculate the ultimate bearing capacity of Y-pile was also proposed based on the assumptions of soil failure mode at the tip of Y-pile and the use of Mohr-Coulomb soil yield criterion and Vesic compressive correction coefficient with the induced stresses in the ground. Based on the comparisons with the field static load test results, it is found that the improved Terzaghi's method gives higher ultimate capacity, while the other two methods shows good agreement with the field results.

Stability Analysis of Piles Subjected to Lateral Load in Static and Seismic Conditions

It is disclosed a method for the stability analysis of foundation piles and piers subjected to lateral loading, both static and seismic conditions. The stability analysis for stratified soil is based upon the models of foundation soil-structure interaction and the Rankine＇s theory of earth passive pressure. In addition, its application is simpler and it can be solved using a spreadsheet. The procedure described in this work can be used in homogeneous soils as in stratified soils, considers the horizontal drag forces exerted by the soil mass against the foundation during an earthquake, can be used easily in the four pile and piers boundary cases, and considers the pore pressure generated in a fine saturated soil during an earthquake or during a rapid application of the horizontal load. The solution of two examples are shown, one in static condition and one in seismic condition, detailing the procedure step by step.

动力打桩桩周泥岩损伤特性与损伤模型

针对泥岩地基同施工场地条件下动力打入桩的承载力差异性大且部分打入桩承载力不足等异常现象,文章开展了桩周0.2m处打桩前后的桩周泥岩单轴抗压强度对比试验,和打桩后的桩端中风化泥岩三轴压缩试验,明确打桩后桩周泥岩的损伤特性,基于统计损伤理论建立考虑受打桩影响的桩周泥岩损伤本构模型,并对泥岩地基打入桩的承载性能进行探讨。研究表明:打桩后桩周0.2m处泥岩强度平均损伤28.2%,弹性模量平均损伤41.4%;桩端中风化泥岩损伤后抗剪强度参数平均值为c=217.2kPa、φ=21.6°,φ仅是同场地原状强风化和全风化泥岩的49.1%和51.4%;打桩后桩周泥岩应力-应变曲线的损伤模型计算值的与实测值吻合较好,验证模型的合理性;泥岩地基打入桩承载力异常特征为桩端受力小,但桩端沉降显著,静载破坏时桩端阻力的平均占比为5.25%;动力打桩对桩周泥岩的损伤是泥岩地基打入桩承载力异常的重要原因;泥岩地基打入桩的设计计算与数值模拟采用原状泥岩力学参数不合理,泥岩损伤后不易恢复,建议按损伤特性赋予参数。研究结果对泥岩地基打入桩的设计、施工、承载力评价有较强的参考价值。

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。

间断焊接包管加固圆钢管构件轴压极限承载力研究

为研究间断焊接包管加固杆件的轴心受压性能,设计了13组试件进行单调加载静力试验。对试件极限承载力、破坏模式、荷载-位移曲线和截面应变发展规律进行分析,对比了负载加固与非负载加固对试件极限承载力的影响。结果表明:包管构件的破坏模式可分为整体失稳破坏和内管外伸段强度破坏;包管构件内外管协同工作、共同受力,内管和外管都在屈服后发生整体失稳破坏;负载加固与非负载加固试件的极限承载力基本一致,相差2.2%,非负载加固试件与未加固试件相比,极限承载力最大提高了479.9%。根据试验结果对包管构件的ABAQUS有限元模型进行修正,并用该模型分析了各主要影响因素对包管构件极限承载力的影响规律。提出了包管构件极限承载力经验计算公式,且公式计算结果与试验结果吻合较好。

静压桩残余应力对极限承载力影响

为研究静压桩回弹特性,明确静压桩残余应力性状,使静压桩承载力能够得到有效发挥,通过静压桩沉桩及静载荷试验,结合有限元模拟方法,对不同沉桩速率和卸荷速率作用下静压桩的回弹特性进行分析,总结桩端残余应力对静压桩极限承载力的影响规律。结果表明:卸荷过程中桩体回弹量占桩体总沉降量的80%,卸荷完成桩体回弹位移逐渐稳定;沉桩结束后,桩周土体应力最大达到被动土压力的4.5倍,卸荷后浅部土体桩周侧压应力消散程度大于深部土体;桩端土体应力消耗越多,桩端残余应力越小,卸荷后桩端土体回弹量越多;沉桩速率和卸荷速率增加都会导致桩端残余应力减小,从而桩端土体能够提供的承载力降低,致使桩体承载力降低。研究认为静压桩残余应力是影响承载力的主要因素,卸荷速率对静压桩残余应力的影响最为明显。

锚杆钢-木组合托盘极限承载力学性能研究

为降低动压冲击对支护系统的破坏,适应大变形巷道的需要;基于球壳结构理论构建锚杆拱形钢托盘承载力学模型,给出钢托盘最大承载力计算式,分析钢托盘各参数尺寸对其承载力的影响关系,研究木托盘压缩实验特征;通过Abaqus软件对钢托盘与组合托盘开展有限元静态力学强度实验,对比分析钢托盘与组合托盘受压状态下的不同特征,分析让压距离对组合托盘承载性能的影响规律。结果表明:对钢托盘承载力的影响顺序为拱高>拱底圆半径>孔口半径,拱高与承载力服从对数增加关系,拱底圆半径、孔口半径与托盘承载力基本成线性增加关系;钢-木组合托盘中木托盘先受力,并经历了压密阶段、弹性变形阶段和塑性变形阶段,木托盘被压缩可降低钢托盘30.03%的承载受力,组合托盘的应力-位移曲线右移,组合托盘的极限承载力增加;钢托盘受压破坏从孔口处开始,基本成圆形向四周扩展,托盘底部四边中间区域与四角区域形成的高应力差是导致托盘四角破坏的主要原因。

中风化花岗岩中嵌岩桩承载性能原位试验与极限承载力预测

为深入探究中风化花岗岩中嵌岩桩的竖向抗压承载特性,对12根嵌岩桩进行了单桩竖向抗压静载原位试验与ABAQUS有限元数值模拟,通过多种方法对嵌岩单桩极限承载力进行评价,明确中风化花岗岩中嵌岩桩竖向抗压承载性状。研究表明:12根中风化花岗岩中嵌岩桩并非表现出完全端承桩,而是呈摩擦型桩或摩擦端承桩的性状;中风化花岗岩地基中的嵌岩桩竖向抗压极限承载力较高,桩顶沉降小,满足工程对基础的承载要求;有限元模拟荷载-沉降曲线与实测荷载-沉降曲线走势吻合度较高,桩顶沉降误差较小;本试验条件下,桩端阻力占桩顶荷载的56.9%,桩侧摩阻力占比为43.1%,桩侧摩阻力在荷载传递过程中发挥较充分;有限元模拟得到的单桩极限承载力与指数函数模型的预测结果较为吻合,可用于嵌岩桩单桩竖向抗压极限承载力的预测,以及嵌岩桩承载性状和荷载传递规律的分析。

外包薄壁夹心钢-混组合管柱层间作用对其受压承载力的影响

为了研究外包薄壁夹心钢混组合管柱层间作用下的力学性能,建立了组合管柱有限元分析模型,通过库伦摩擦定义层间作用力,改变影响参数值,研究了轴压、偏压作用下组合管柱的力学性能。结果表明:当摩擦系数由0.2增大至0.4时,轴心受压柱与偏心受压柱极限承载力分别提高了1.06%、13.35%,由0.4增大至0.6时,分别提高了0.06%、13.61%;随着内外钢管与混凝土之间外力的增加,层间作用力和机械咬合力也相应地增加,增强层间作用力可以明显提高外包薄钢混凝土偏心受压组合管柱的极限承载力。

火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析

为研究不同参数对火灾后高强钢管混凝土柱受轴压时的性能影响,利用ABAQUS有限元软件模拟火灾后高强钢管混凝土柱轴压模型,对该构件以钢管屈服强度、受火时间、混凝土强度为主要参数进行承载力-位移曲线分析,并剖析火灾后高强钢管混凝土柱典型曲线。结果表明:随着钢管屈服强度和混凝土强度增大,构件极限承载力增大;随着受火时间增加构件极限承载力出现下降趋势;从整体上看,受火时间分别为60、90、120 min时,构件中的混凝土承担主要载荷。

大直径嵌岩灌注桩承载特性试验与有限元模拟

基于青岛某工程的4根大直径嵌岩灌注桩,在现场开展了单桩竖向抗压静载试验和桩身完整性测试,以明确大直径嵌岩灌注桩在竖向荷载下的承载特征,拟揭示不同荷载水平下嵌岩灌注桩的承载力发挥机制。结合不同嵌岩深度的单桩承载性能有限元模拟,重点分析了单桩在不同嵌岩深度下的竖向抗压承载特性和桩土位移分布特征。研究表明:在笔者试验条件下,大直径嵌岩灌注桩单桩竖向抗压承载力具有一定离散性,桩头部位的损坏会极大影响单桩承载力的有效发挥;加载完成后,数值模拟得到的桩顶沉降量为31.56 mm,约为现场实测值的1.1倍,模拟结果与实测结果较为吻合;通过不同嵌岩比的模拟结果对比发现,嵌岩深度越大桩端阻力占桩顶荷载的比例越小,且桩端阻力占比的变化速率随着嵌岩比的增加逐渐减缓;嵌岩深度取2.5倍桩径为宜。

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。

新型粉煤灰泡沫混凝土墙体轴心受压性能试验研究

利用工业固废粉煤灰制备节能与承重一体的新型墙体,对无冷弯薄壁C型钢外包内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体FW、外包1mm厚冷弯薄壁C型钢内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体CW1、外包2mm厚冷弯薄壁C型钢内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体CW2分别在轴压作用下的破坏形态、荷载-位移曲线及墙体极限承载力进行试验研究。研究结果表明:从破坏形态度角度,FW、CW1及CW2在破坏时,冷拔钢丝、冷弯薄壁C型钢发生屈服,泡沫混凝土破裂;FW大面积泡沫混凝土挤压破碎剥落,破坏严重;CW2破坏时完整性优于FW、CW1。从变形角度,CW1、CW2外包的C型钢能够对墙体内部的泡沫混凝土起到约束作用,墙体的刚度得到提升。从承载力角度,CW2较CW1提升了17.4%,较FW提升了23.7%。对墙体的轴压承载力进行理论计算,与墙体轴心受压试验的实测值相比,二者误差在10%以内且小于实测值,满足国家现行规范、行业技术标准相关要求。

高压注浆法修复桩基断桩效果分析研究

文章以扶海-马塘220 kV线路改造工程中输电杆塔混凝土灌注桩基础为研究对象,通过有限元计算分析了采用高压注浆法修复混凝土灌注桩断桩的效果,并与断桩和正常桩的性能进行对比。通过有限元计算结果可知,高压注浆法修复断桩的抗压、抗拔承载力分别可达正常桩的93%和84%以上,证明了采用高压注浆法修复混凝土灌注桩断桩的可行性及有效性。同时,分析了断桩缺陷位置和缺陷厚度对高压注浆法修复断桩效果的影响规律。

深水钻井井口吸力桩稳定性计算和校核方法

深水松软土质下,传统喷射法安装的表层导管在钻井阶段存在下沉和倾斜的风险。为了提升深水钻井水下井口的稳定性,提出了井口吸力桩表层建井的方法,开展了吸力桩下入深度和稳定性分析。基于桩基承载理论和广义Winkler地基梁模型,建立了井口吸力桩稳定性理论模型,并通过有限元方法和有限差分法研究了井口吸力桩稳定性特征及影响因素。以南中国海某井工程参数为依据,对井口吸力桩稳定性开展理论计算,与有限元计算结果进行对比,竖向极限承载力误差为4.23%,最大水平位移误差为6.0%,最大弯矩误差为2.96%,印证了计算结果的准确性。在钻井工况极限载荷作用下,相比于传统表层导管,井口吸力桩竖向承载力提升了43.91%,水平位移减少了63.21%,抗弯安全系数是前者的24.5倍。分别对井口吸力桩施加不同水平位移和弯矩,结果表明水平载荷对横向稳定性影响较为显著。井口吸力桩具有很高的竖向承载力和横向承载力,显著提高了水下井口的稳定性,研究结果为其在深水松软土质中表层建井提供了理论依据。

方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为研究方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能,首先设计并开展了4根轴压短柱试验研究。进而采用Abaqus有限元软件建立方形耐候钢管混凝土短柱有限元模型并进行数值分析。数值模拟结果表明,轴压短柱直至破坏共经历了3个阶段:弹性段、弹塑性段和破坏段。其破坏模式均为柱中局部屈曲。耐候钢拉伸性能试验特征与低碳钢的力学性能相近,有限元建模采用低碳钢本构关系可准确模拟方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能。钢管内焊接拉筋能有效改善钢管对核心混凝土的约束作用,进而提高轴压短柱的极限承载力和延性。最后,方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能与普通钢管混凝土短柱无异。

考虑系泊点深度的单点系泊系统锚桩水平承载性能理论分析

单点系泊系统因其克服恶劣海况的优越性成为我国海洋石油开发的重要系泊形式。然而,水下单点系泊系统锚桩-土体相互作用机制尚不清楚,尤其缺少考虑系泊点深度的水平承载性能计算方法。基于复合地基反力法,建立水平荷载下单点系泊系统锚桩的挠曲控制方程和边界条件,并编制相关计算程序;通过迭代法求解,获得不同系泊点位置下的锚桩荷载-位移曲线以及桩身位移、弯矩沿桩身的分布规律曲线;通过与数值模拟和既有离心模型试验结果的对比分析,验证了其准确性和可靠性;继而考虑系泊点深度对锚桩水平承载力的影响,进行参数分析,给出了最优系泊点深度取值范围。分析结果表明,增加系泊点深度可以显著减小锚桩的水平位移及弯矩最大值,从而提高锚桩的水平极限承载力。

内置T型钢骨-T形钢管混凝土短柱的有限元分析

为了进一步的研究内置T型钢骨-T形钢管混凝土短柱轴压力学性能,在试验研究的基础上,使用有限元软件ABAQUS建立相应的模型进行对比分析,研究了钢管屈服强度、钢骨屈服强度和混凝土强度对内置T型钢骨-T形钢管混凝土短柱极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟的结果与试验得到的破坏模式基本一致,试件的承载力与钢管纵相应变曲线也相吻合;钢管屈服强度、钢骨屈服强度和混凝土强度的提高对试件极限承载能力均有所提高,钢管屈服强度影响较大。

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。

锈蚀箍筋矩形柱轴压承载力试验及理论研究

为探究箍筋锈蚀对钢筋混凝土矩形柱轴压性能的影响,以截面形状、箍筋布置、体积配箍率、锈蚀程度为变化参数,设计了27个钢筋混凝土矩形柱试件,并采用全浸泡电化学加速锈蚀法对其中的18个试件进行加速锈蚀。通过轴压试验研究了试件的破坏形态及各参数对其力-位移曲线的影响。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,试件的初始刚度、极限承载力及延性均有所降低。试件的配箍率越低,其极限承载力降幅越显著。而后,基于锈蚀箍筋约束混凝土峰值应力、纵筋压屈模态下剩余承载力及保护层锈胀剩余承载力模型,建立了锈蚀箍筋约束混凝土矩形柱的极限承载力计算模型。通过预测值与试验值的对比,验证了模型的准确性与适用性。该模型可为锈蚀钢筋混凝土结构的剩余承载力的计算及安全评估提供指导。