海上风电高桩承台基础结构的受力特性

为研究海上风电高桩承台基础结构在风电机组大弯矩荷载及复杂海洋环境荷载作用下的受力及传力机理,采用在数值模型中逐级加载的方式,模拟不同荷载量级情况下基础受力特性,获得了高桩承台组合结构的关键承载部位,分析了混凝土承台及斜向钢管桩受力特性.研究结果表明,随着风电机组荷载和环境荷载的增大,混凝土承台承载模式将由轴压承载向偏压转变;钢管桩顶部与混凝土承台接触部位是承载及荷载传递的关键部位,混凝土受拉损伤首先从此处开始;随着荷载的增大,斜向钢管桩群桩应力最大部位将从波流荷载作用点向泥面处转变.研究明晰了海上风电高桩承台基础的荷载传递规律及关键部位,为基础结构的安全设计提供了指导.

基于改进NSGA-Ⅱ的破损沉船起吊力优化

沉船打捞工程中,按照工程经验布置的起吊力参数(位置和大小)容易使得破损沉船起吊时的内力(剪力和弯矩)较大,可能导致沉船起吊断裂,尤其当沉船存在破损时,起吊断裂的可能性大大增加。为此,从梁弯曲理论出发,针对沉船起吊时的受力特点建立了以起吊力参数为输入,以内力分布为输出的沉船内力数值计算模型;基于该计算模型,以起吊力参数为优化变量,以内力峰值为优化目标,建立了起吊力参数优化模型;采用改进的NSGA-Ⅱ算法进行优化计算。以某破损沉船为对象,通过MATLAB实现建模与优化计算,结果表明:优化后的剪力峰值下降约22.72%,弯矩峰值下降约16.13%。

锚索抗滑桩在边坡治理工程中的应用

为了优选合理的锚索抗滑桩施工方案,文中依托某路堑边坡项目,建立锚索抗滑桩的仿真模型,利用MIDAS软件模拟分析预应力锚索抗滑桩的稳定性及力学变形特性。结果表明,未设置支护的边坡工程稳定性系数为1.03,边坡稳定性系数随着抗滑桩截面尺寸的增加以及预应力的增加而逐渐增加;随着桩深的增加,抗滑桩的水平位移初期不断增加,工况3条件下抗滑桩的桩底水平位移最低,即工况3支护方案的边坡抗变形能力最强。随着桩深的增加,抗滑桩的剪力表现为先负向降低、后正向增加、后降低、再次反向增加的变化规律,抗滑桩的弯矩表现为先降低、后增加、再降低的变化规律。

公路边坡施工过程中桩板式挡土墙受力变形特征计算分析

基于有限元软件Midas GTS NX,对公路边坡施工过程中桩板式挡土墙受力变形情况进行数值计算,查明了边坡填筑过程中桩板式挡土墙受力变形特征。结果表明:桩板墙桩身水平位移随着距桩顶距离的增大而减小,其悬臂段的变化幅度大于锚固段,桩顶水平位移随着边坡填筑高度的增加而增大;边坡填筑完成后,桩板墙桩身整体呈受压状态,随着距桩顶距离的增大,轴力先增大后减小;悬臂段剪力随着距桩顶距离的增大呈S形变化,最大值出现在锚固段与悬臂段交界处,锚固段上部剪力变化幅度不大,下部剪力变化幅度随边坡填筑高度的增加而增大;悬臂段上部的弯矩随着距桩顶距离的增大呈先增大后减小的变化规律,接近地面时,弯矩急剧变化,并在锚固段呈S形变化,最大值出现在悬臂段与锚固段交界处;在边坡填筑高度较低时,悬臂段桩身弯矩为0,锚固段随边坡填筑高度的增加逐渐由左侧受压转变为左侧受拉。

腰部设置横梁的双排桩受力分析

双排桩用于填方工程时,可在其腰部增设横梁,以提高填筑工程中双排桩的整体性。在介绍施工方法的基础上,基于有限元法,对腰部设置横梁的双排桩进行对比分析,计算结果表明:双排桩腰部设置横梁后,腰部横梁以上前排桩与后排桩的轴力与弯矩最大值均大幅度减小,故腰部横梁以上前排桩与后排桩的截面积、配筋均可大幅度减小。

分段摇摆墙内力改进效果研究及影响参数分析

在保证对结构变形、抗震性能改进效果的情况下,采用分段摇摆墙的形式可有效降低摇摆墙自身的内力需求,并且该形式具有制作更简单、运输更便利、安装更简易的优势。为了分析摇摆墙采用分段形式后对摇摆墙内力的改进效果,文中结合分段摇摆墙的特征及与整段摇摆墙不同的边界条件,推导了铰接分段摇摆墙-框架结构的位移和摇摆墙内力的简化计算公式,并进一步开展了摇摆墙刚度比和摇摆墙分段数目对摇摆墙内力的影响效果分析,且与整段摇摆墙的相应情况进行了对比。研究结果表明:将摇摆墙分段可以大幅降低摇摆墙的内力峰值、缩小内力值的变化区间,在均匀荷载作用时各分段摇摆墙的弯矩和剪力分布规律类似,且整段摇摆墙的弯矩峰值是分段摇摆墙的m2倍、整段摇摆墙的剪力峰值是分段摇摆墙的m倍,而在倒三角形荷载作用下时,上段分段摇摆墙的弯矩和剪力比下段分段摇摆墙的大;刚度比在1.0~5.0这一适当的区间内变化时,刚度比对摇摆墙内力的影响效果明显,且影响程度随摇摆墙刚度比增大呈先增大后减小的规律,但当摇摆墙刚度比在此适当区间之外(无论取值过大还是过小),摇摆墙内力改变情况则对刚度比变化变得不敏感,此时刚度比对摇摆墙内力的改善效果不佳;分段摇摆墙内力幅值的降低幅度会随着分段数目的增加而减小,在采用分段摇摆墙时分段数目不宜过多。除此之外,通过分析还可得,刚度比与分段数目这两个参数对摇摆墙内力的影响效果相对独立,影响效应不耦合。

基于拆除构件法的大跨度预应力网架屋盖-框架结构的内力重分布分析

采用有限元软件SAP2000对大跨度预应力网架屋盖—框架结构失去长跨中柱前后的构件内力时程变化,并选择沿拆除柱纵跨方向和横跨方向的构件为研究对象,得出结论,在柱轴力变化方面,长跨中柱的失效主要会导致沿纵跨方向的相邻一跨柱的轴力增加幅度较大,其余柱变化幅度较小,且会随距离增大逐渐变小;在梁端弯矩变化方面,与失效点相连梁端弯矩变化最大,沿纵跨方向的梁在柱失效后呈一端上部受拉,另一端下部受拉的状态,而沿横跨方向的预应力梁则是连接端弯矩有增大,另一端弯矩曲线在初始值处波动,弯矩最后无明显变化,其余梁则随距离增大,所受影响越小;在杆件轴力变化方面,上弦杆轴力在纵跨方向随着离失效点距离变远而变小,曲线变化规律明显。

滑坡体内框架桩设计计算方法及工程应用研究

框架桩作为一种新型的重型支挡结构,由前桩、后桩、横梁和次梁四个部分组成,具有抗力大、变形小和经济性好等特点,可用于加固巨型滑坡等工点。本文将框架桩分解为前桩悬臂段、中部框架区段和桩基锚固段三个静定结构进行受力分析,依据微元受力建立平衡方程,结合边界条件推导了结构的内力理论计算公式,并与数值模拟、现场测试结果进行对比。结果表明:理论计算结果比数值模拟结果平均偏大20%,比现场测试结果平均偏大30%,理论计算结果偏于安全。框架桩其前桩弯矩沿竖向呈“W”型分布,后桩弯矩沿竖向呈“Z”型分布,横梁弯矩沿横向呈“半抛物线”型分布,结构最大弯矩分别位于前桩锚固点附近、桩梁节点附近,在设计过程中应加强节点设计。

连梁低屈服点钢剪切型阻尼器力学性能研究

连梁低屈服点钢剪切型阻尼器实际处于多种荷载组合作用下,针对连梁低屈服点钢剪切型阻尼器只考虑了剪力的现象,通过ABAQUS对阻尼器施加纯剪切作用、轴向–剪切作用、弯矩–剪切作用,改变阻尼器材料,将公式推导与有限元模拟相结合,研究轴力、弯矩对阻尼器力学性能的影响。研究结果表明:轴力会使阻尼器提前进入屈服,对阻尼器耗能能力影响较小;弯矩的存在会降低阻尼器的屈服荷载、极限荷载,增强阻尼器的耗能能力;材料改变对阻尼器力学性能影响不显著。

海洋平台非长直走向管线的屈曲分析

管线的布置设计是海洋平台设计的重要内容,其中管线的空间走向、管支撑和管线的挠性是配管设计的三个重要要素,直接影响到管线系统的运行安全和使用寿命。因空间受限和工艺要求等诸多因素,海洋平台上的管线系统多设计为弯曲迂回的非长直走向结构,合理的管线布置与支架设计对节约项目建造成本,提高施工效率以及缩短建造工期等方面具有十分重要的意义。本文通过介绍工艺管线布置的设计原则,对海洋平台上4类常见的在支架跨度内的非长直走向管线结构存在的必要性和合理性展开分析。应用材料力学分析方法将这4类非长直走向管线结构简化为静定梁数学结构模型,通过有限元分析软件建立对应的4类静定梁受力模型,模拟管线在受自身及内部介质重力时的挠度、剪力和弯矩分布。同时绘制对应的形变图、剪力图和弯矩图,进而分析非长直走向管线的形变规律及截面上的剪力和弯矩分布。为管线的布置和支架的设计提供相应的理论参考和设计经验。

Matlab数值积分法求解悬臂梁弯曲变形问题

提出使用Matlab数值积分法求解悬臂梁弯曲变形问题。首先根据载荷作用形式将梁分段,由载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系,以及梁弯曲近似微分方程,得到使用载荷集度表示的挠曲线微分方程,将该方程转化为4个变量函数的线性常微分方程组,通过确定常微分方程组的初值条件,利用Matlab ODE45命令求解微分方程组,得到4个变量函数,进而得到剪力、弯矩、转角和挠度,并绘制出内力图和变形图,并确定出内力和变形的最大值。通过计算实例,验证了方法的有效性。

动荷载对微型桩深基坑开挖稳定性的影响

为研究动荷载对临近桥梁微型桩深基坑开挖稳定性的影响,以中国“一带一路”重点贡献项目格鲁吉亚E60高速公路Ubisa-Shorapani(F3)标段工程为主要依托,通过数值模拟分析列车荷载对基坑土体、支护结构内力及变形影响,并将数值计算结果与现场监测数据对比分析。结果表明:相对于无列车荷载,考虑列车荷载作用下近侧桩体最大位移和土体最大沉降分别增大14.5%、20%,基坑整体安全系数减小0.1,在开挖过程中应充分考虑列车荷载对基坑稳定性的影响。不同列车荷载施加方式下,首道支撑所受影响显著,各道支撑轴力变化幅度随开挖从上到下逐渐减小。列车荷载距离基坑边界5 m时近列车侧土体最大沉降比20 m条件下增大3.61 mm,且当距离为20 m时土体沉降几乎不受列车荷载影响,基坑稳定性较好。动荷载时速为120 km/h、距离为5 m情况下桩体内力受荷载影响较大,弯矩及最大弯矩位置深度随荷载距离减小逐渐增大,最大弯矩相比无列车荷载时增大210 kN·m。

隧道基底深厚软弱地层桩基设计数量选取研究

隧道基底的软弱地层是引起隧道底板病害的重要原因之一。基于某隧道工程,采用有限元数值分析方法,通过建立地层-结构模型,研究不同桩基数量对隧道深厚软弱地层处理效果的影响,得到以下结论:在一定范围内,隧道竖向位移、衬砌内力与桩基数量呈负相关,增加桩基数量能有效控制隧道竖向位移并减小衬砌内力;桩数为某一量值时(最优桩数由工程具体情况决定),桩基加固效果最优,继续增加桩数,隧道位移和衬砌内力不再减少。

盾构隧道管片环向接头刚度的解析分析法

基于盾构隧道管片接头的细部构造,分析在正、负弯矩作用下接头分离前后接头的不同力学机理。通过建立接头力学平衡关系,给出在正、负弯矩作用下接头分离前后接头的抗拉刚度和抗弯刚度的非线性解析公式,以及接头的抗压刚度和抗剪刚度的线性解析公式。利用给出的解析公式获得接头的力学参数,通过建立匀质圆环模型、线性接头模型和非线性接头模型3种有限元模型,对比3种模型的内力和变形特征。结果表明:接头抗弯刚度会在接头分离时出现突变,此后接头抗弯刚度较分离前会表现出一定程度的减弱;螺栓预紧力是影响接头分离时螺栓拉力的主要因素,决定接头分离时的分离转角;考虑接头效应,衬砌的弯矩和剪力都会出现明显的减小,衬砌变形会出现较大程度的增加,但对轴力影响较小;管片环向接头分离后,接头抗弯刚度减弱,管片环弯矩尚有进一步减小,变形尚有进一步扩大的趋势。

考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析

目前就隧道开挖对桩基变形影响的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,较少考虑地基的剪切变形和桩侧土体三维作用效应。基于Pasternak地基模型,首先推导了隧道开挖与邻近桩基相互作用的简化理论解,该解反映了地基剪切变形但未考虑桩侧土体三维作用效应。在此基础上,为反映桩侧土体三维作用效应,将其等效成集中力通过剪切层传递到桩基两侧,推导了体现三维作用效应的群桩反应表达式。将考虑与不考虑桩侧土体三维作用效应的结果进行对比,发现考虑桩侧土体三维作用效应的桩基水平位移和弯矩值更接近监测数据和离心试验数据。此外,还针对群桩影响因素进行了分析。结果表明:土体剪切变形对桩基影响不容忽视,剪切层模量越大,隧道开挖引起的桩身水平位移越小;桩径越大,桩身水平位移越小,桩身弯矩越大;桩基与隧道距离越小,桩基最大水平位移和弯矩值越大。

竖向荷载作用下斜桩荷载传递性状试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中斜桩的荷载传递性状,分析了桩身倾角及长径比对斜桩桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧摩阻力及端阻比的影响。试验结果表明：在桩顶竖向荷载作用下,斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,桩长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随桩身倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的深度与桩身倾角无关,只与长径比相关;不论桩身倾角及长径比的大小,斜桩桩身最大剪力均出现在桩顶截面处,桩身最大剪力随着桩身倾角的增加而增大;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4～1/5桩长处;斜桩端阻比随着桩顶竖向荷载的增加而增大,随着桩身倾角及长径比的增加而减小。

木梁柱螺栓钢填板节点转动性能理论计算方法

文章首先通过单调加载试验研究胶合木梁柱螺栓钢填板节点在弯剪复合作用下的转动性能,随后基于Johanson屈服模型提出胶合木梁柱钢填板螺栓节点在弯剪复合作用下的极限承载力和节点刚度的计算方法;同时提出节点弯矩转角曲线的理论预测模型。理论计算与试验结果相比具有较高的准确性。最后,基于节点承载力的理论计算方法分析节点抗剪承载力随剪弯比的变化规律。试验和计算结果表明:文中所提出的节点极限承载力计算方法、刚度计算方法和弯矩转角曲线理论预测模型均与试验结果较为吻合;随着节点剪弯比的增大,节点的附加弯矩减小,节点抗剪承载力增大。节点在纯剪状态下抗剪承载力最大,节点的附加弯矩将降低节点的抗剪承载力。通过节点承载力理论计算方法能得到节点的抗弯承载力-抗剪承载力曲线,可为木梁柱螺栓钢填板节点的设计提供依据。

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析——二阶力对浮体振动时间响应的影响

采用前文建立的海洋浮体二阶非线性水弹性理论 ,在系泊浮体一阶及二阶主坐标计算的基础上 ,本文给出了系泊浮体梁一阶及二阶主坐标的时间响应 ,分析了各运动模态受二阶力影响的规律 ,发现与纵荡、横荡或艏摇运动模态的对称特性相同并具有耦合效应的运动模态受二阶力的影响较大 ,而其它运动模态受二阶力的影响则较小。最后计算了浮体梁算例的垂向位移、弯矩和剪力的时间响应。得出了一些可供工程实践参考的结论。

盾构隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

经与离心试验结果对比分析,验证了应用数值模拟研究盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。通过采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立三维有限元数值模型,研究软土地区盾构隧道开挖对邻近桩基的影响规律。数值模拟结果表明,开挖导致群桩中前排桩变形及内力均大于后排桩,且同排桩水平位移、弯矩和轴力沿桩身分布几乎重合;与同位置单桩相比,群桩中各桩水平位移稍大,而沉降则更小;前排桩最大弯矩与同位置单桩相差不大,而后排桩最大弯矩稍大于同位置单桩,前、后排桩最大轴力均大于同位置单桩。

初次来压前受超前增压荷载作用的坚硬顶板弯矩、挠度和剪力的解析解

坚硬顶板弯矩、挠度的理论解是矿山岩体力学中未曾获得较好解决的课题。初次来压坚硬顶板问题的超静定次数,比周期来压坚硬顶板问题的超静定次数要高1次。将煤层、直接顶按弹性地基处理,对初次来压前受均布荷载、荷载峰超前的增压荷载和支护阻力共同作用的,工作面中部煤壁前方和采空区单位宽坚硬顶板的挠度进行求解,采用潘岳等求解周期来压前坚硬顶板弯矩、挠度解中的部分结果,求得满足全部连续条件和自然边界条件的坚硬顶板的4段式挠度表达式中的所有系数。据所得表达式,采用Matlab软件计算和绘图得到的初次来压前坚硬顶板挠度、弯矩曲线在考察区间光滑连接,剪力曲线连续。对曲线进行分析可知:(1)荷载增减对顶板弯矩、挠度作用明显;(2)支护阻力可有效减小煤壁前方顶板和悬空顶板的弯矩、挠度及采空区顶板的剪力值;(3)单位宽顶板的特征长度由弹性地基系数、顶板抗弯刚度组成。在相同荷载下,只要特征长度相同,顶板弯矩分布完全相同,特征长度大者顶板弯矩大;(4)弹性地基系数小者,煤壁前方顶板挠度(下沉量)大。抗弯刚度小者,采空区顶板挠度(下沉量)大;(5)顶板弯矩峰位置在煤壁前方。顶板荷载大,支护阻力小,弹性地基系数大者,其弯矩峰与煤壁的距离近。在控顶区两端顶板剪力取最大值。所得硬顶板的关系式为理想坚硬顶板模型的解析解,其应用是从解析解算例中受到启发,获得参数变动时坚硬顶板弯矩、挠度和剪力变化的规律性认识,对采场顶板状况变化作出合理的定性判断,亦可为坚硬顶板断裂过程和断裂引发顶板应变能释放、冲击矿压能量来源及初次来压步距的量化分析提供基础。