基于现场试验的钢管桩分层土p-y 曲线研究

基于江苏某海上风电项目2 m直径钢管桩水平单调加载试验,实测获得桩身弯矩、桩身位移随深度变化规律——桩身最大弯矩位于泥面以下3倍桩径深度附近,桩身弯矩与位移零值点随水平荷载增加逐渐下移。基于现场试验推算浅层土反力随位移变化关系,揭示分层土中土反力受土层厚度与地基反力系数的综合影响。综合m法和双曲线法p-y曲线,考虑分层土的地基反力系数、弹簧节点影响范围、深度及桩径等因素对地基土初始刚度的影响,在此基础上该文提出双曲线法,并与m法、API规范法、双曲线法等进行比较。结果表明:m法只考虑了线弹性变形,在计算桩基的水平小变形时与实测结果接近;API规范p-y曲线计算结果偏于保守;双曲线法p-y曲线计算水平位移值偏小,结果偏于危险;该文提出的双曲线法计算结果与实测值吻合良好。     

纵向水平地震作用下全直桩码头结构Pushover分析

为研究全直桩码头结构的抗震能力,以江苏某全直桩码头结构段为例,采用SAP2000软件对结构进行了纵向静力弹塑性分析,讨论了不同桩基刚度等因素对Pushover分析结果的影响,得到了荷载因子-顶点位移关系曲线、桩身高度-纵向位移曲线、码头结构的屈服次序和位置及桩基内力等规律。结果表明,桩径的增大可提高结构所能承担的极限水平荷载;纵向水平地震作用下桩基以纵向受弯破坏为主,桩基纵向弯矩由海侧向陆侧逐渐增大;塑性铰一般由陆侧向海侧发展,同一排桩沿纵向由一端向另一端发展,同一桩基由底端向顶端发展。     

近海风力机水平受荷单桩简化p-y曲线研究

开展近海风力机水平受荷单桩的现场试验,实测得到桩顶荷载-位移关系、桩身变形和弯矩,揭示水平荷载作用下桩-土相互作用规律。考虑地基土埋深效应来修正初始地基反力模量,提出适用于砂土和黏土中水平受荷桩承载特性的简化p-y曲线模型,并与实测值和API规范计算值进行对比,最后对极限抗力系数和形状参数进行敏感性分析。结果表明：简化方法计算的桩顶位移和桩身最大弯矩与实测值相对误差分别为15.6%和3.2%,提出的简化方法能提高计算精度;极限抗力系数和形状参数对水平受荷桩内力和变形均较为敏感,以变形控制为设计原则的单桩基础建议取较大值。     

水泥土复合单桩水平承载性能模型试验研究

为研究水泥土复合桩水平承载性能,开展水泥土复合桩水平承载性能模型试验,对比分析水泥土加固前后单桩极限承载力、桩身弯矩和桩周土抗力变化规律;考虑桩周土径向非均质性来修正初始地基反力模量和极限土抗力,提出一种适用于水泥土复合单桩水平承载性能的简化p-y曲线模型,并与试验结果进行对比,验证该简化p-y曲线模型的合理性。结果表明：相比未加固桩,加固桩极限承载力得到明显提高,2种加固宽度下单桩极限承载力分别提高5.34倍和2.68倍;无论加固桩或未加固桩,桩身弯矩随荷载和深度变化趋势大致相同,最大弯矩点位置不同,加固桩最大弯矩点位于泥面附近;水泥土加固有效提高桩身土抗力,进而提高桩基水平承载性能;对比试验结果发现,该文计算值与实测值均吻合较好,验证了该简化计算方法的合理性。     

水平荷载下高层建筑结构数值分析模型

研究了水平荷载下高层建筑结构—桩筏基础—地基共同作用的问题,对整个结构进行了三维数值分析。把有限层法和桩基规范中的m法相结合,通过数值分析手段建立了水平荷载下高层建筑结构——桩筏基础——地基共同作用分析模型。针对一具体建筑进行了对比计算,共同作用方法与常规方法相比对上部结构的水平位移及框架柱内力的影响。通过分析对比,得出了有益的结论。本文应用Matlab编程,总体刚度矩阵一次生成,运用迭代法求解。     

响水海上风电钢管桩基础水平承载特性对比研究

结合江苏响水海上风电场2 m桩径钢管桩水平试验工程,以ANSYS有限元软件为平台建立海上风力机钢管桩的单桩基础模型,根据设计提供土层参数,采用API规范建议的p-y曲线法、港口工程桩基规范的m法和m折减法进行水平承载力计算,与实测的桩顶荷载-位移曲线、桩身变形和弯矩曲线进行对比分析,结果表明,API(American Petroleum Institute)规范建议的p-y曲线计算结果偏于安全,m法和m折减法偏于不安全,总体上m折减法与实测值更接近。上述几种分析方法的对比研究尚需更多的试验数据和计算分析工作。     

基于静载试验的海上风电钢管桩砂土p-y 曲线研究

基于福建某近海风电项目2根钢管桩基础水平静载试验,获得桩身弯矩和位移随深度变化规律:桩身最大弯矩位于泥面以下1D(桩径)深度附近,桩身位移在泥面下约7 m达到零值。通过实测p-y(地基土水平抗力-桩水平位移)曲线,讨论中粗砂地层的初始刚度和极限抗力随深度变化规律,并分别给出考虑桩径、埋深影响的修正公式,并在此基础上提出修正双曲线模型计算砂土的p-y曲线,并与API(American Petroleum Institute)规范及双曲线模型进行比较。结果表明API规范高估了p-y曲线的初始刚度而低估了极限抗力,计算结果在桩基变位较小时偏于危险,在桩基变位较大时偏于安全;双曲线模型同时低估了初始刚度和极限抗力,计算结果偏于保守;此外,对于泥面以下0.5D范围的中粗砂地层,各类方法均低估了p-y曲线的初始刚度和极限抗力,建议适当增加。     

竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度对其承载力特性影响

针对我国大型深水港口工程及跨海大桥工程中大直径钢管桩的承载力特性研究较少的问题,以湛江某集装箱码头中的大直径钢管测试桩A为例,通过对数值计算与现场静载试验数据的对比分析,确定了ABAQUS有限元软件对大直径钢管桩承载力数值模拟的有效性,表明该软件能对大直径钢管桩承载力特性进行定性和定量分析,继而分析了竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度（桩径和桩长）对其承载力特性的影响。结果表明,随钢管桩桩径的增大,其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端阻力随之减小,桩端沉降与桩顶沉降之比亦逐渐减小;随桩长的增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力均显著提高,但桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小,因此在设计中应选取合适的桩长并以桩身变形作为控制参数。     

长期循环荷载作用对大直径单桩水平承载特性的影响分析

海上风力机结构体系长期经受波浪、风等水平循环荷载的作用,循环荷载的长期作用会引起桩周地基土体产生棘轮效应及形成密实沉陷区,研究长期循环荷载效应对风力机单桩承载特性的影响规律具有重要的工程意义。基于有限差分软件FLAC^3D计算平台,建立风力机单桩的数值计算模型,与既有桩基试验开展对比验证模型的有效性;随后引入长期循环荷载效应引起的桩周密实沉陷简化模型,开展海上风力机大直径单桩的承载性能对比研究,探讨考虑与未考虑密实沉陷区时桩基的变形、弯矩、p-y(土体抗力-桩基水平位移)曲线的差异,分析长期循环荷载效应对桩基承载特性的影响规律。结果表明,密实沉陷对单桩的刚性转动点位置基本无影响,但在桩基埋置的浅层区域,桩周密实沉陷区对桩基水平位移影响显著,且引起桩基弯矩发生突变。     

多土层桩-土耦合效应对静止状态下近海超大型风力机地震动力学响应及屈曲的影响分析

以近海DTU 10 MW超大型风力机为研究对象,选用东海实测海床土壤参数构建桩周土水平抗力-桩基形变(p-y)曲线,并基于非线性弹簧单元建立纯砂土、纯黏土及多土层桩-土耦合效应模型,选取实测地震位移数据作为地震载荷,采用有限元方法对比研究了3种桩-土耦合效应下风力机动力学响应特性.结果 表明:多土层桩-土耦合效应下塔顶位移、塔顶前后位移及侧向位移峰值及其波动的剧烈程度小于纯砂土,但大于纯黏土,采用纯砂土或纯黏土构建桩-土耦合效应模型将导致预估响应结果不准确;不同桩-土耦合效应下,塔架一阶模态均被地震载荷诱发;地震作用时纯砂土桩-土耦合效应下塔架屈曲因子最小,多土层次之,纯黏土最大;塔架最大剪应力峰值位于塔架支撑结构处,地震作用时塔架下端易发生局部屈曲,结构设计时应重点关注此处.     

海上风电嵌岩桩水平承载力特性数值模拟研究

[目的]主要对海上风电嵌岩桩的桩基尺寸与竖向荷载等因素对其水平承载特性的影响进行研究.[方法]文章采用有限差分的数值方法,基于一处现场试验建立数值模型并进行参数分析.[结果]结果表明:嵌岩桩基存在一个临界嵌岩长度(长径比),桩基尺寸的改变会影响桩-岩的相对刚度,进而使临界嵌岩长度随之改变,随着桩径的减小,嵌岩桩临界嵌岩...     

边坡防护中排架微型桩组合结构受力研究

弹性地基梁理论应用的基本条件是土体为稳定体,且排架微型桩组合结构对不稳定坡体有改善作用。在弹性地基梁理论基础上,借鉴一般微型桩水平承载力的计算思路,以拟静力法计算施加地震荷载,在考虑桩土作用的情况下,以四种基本计算模型建立排架微型桩组合结构的计算公式,并通过实例计算探讨了排架微型桩组合结构的内力及对地震力的特殊反应。结果表明,排架微型桩组合结构中,后排桩的存在为前排桩提供了一个稳定的抵抗滑坡推力的条件,同时连系梁的存在将桩与桩间土体组合在一起,充分发挥了土体的抗剪能力,提高了结构的抗滑能力,削弱了地震力对边坡稳定的影响,提高了工程的安全性。     

波浪荷载下桩基-重力式复合结构的动力响应

桩基-重力式复合结构是一种能充分发挥高桩结构和重力式结构优点的新型开敞式深水码头结构型式,为分析波浪荷载作用下该结构的动力响应,利用ABAQUS建立模型,分析了沉箱高度为17、19、21m的桩基-重力式靠船墩的模态特性和波浪荷载下复合结构的上部墩台和中部桩柱的动力响应。结果表明,上部墩台和中部桩柱的位移响应随沉箱高度的增加而减小,墩台加速度响应则呈相反趋势;沉箱高度为17、19m时最大弯矩峰值发生在桩与沉箱的相交位置附近,沉箱高度为21m时最大弯矩峰值出现在桩与墩台的相交位置,不同沉箱高度时最大主应力峰值均发生在桩与沉箱的相交位置。研究结果可为桩基-重力式复合结构的应用提供参考。     

局部冲刷作用后海上风电桶型基础破坏包络面特性研究

基于有限元软件单元生死功能模拟局部冲刷坑的形成,并联合使用Swipe加载法和固定位移比法,研究局部冲刷后桶型基础在竖向荷载V、水平荷载H及弯矩M复合加载下的承载能力变化。结果表明：局部冲刷作用对桶型基础水平和弯矩极限承载力削弱程度明显;V-H和V-M这2种复合加载模式下,增大竖向荷载V会提高桶基水平和弯矩极限承载力;局部冲刷后V-H和V-M破坏包络线具有相似曲线形状,据此提出数学表达式;H-M复合加载下桶基在第一象限内的破坏包络线呈单调递减趋势,且随着冲刷深度增加其承载能力呈抛物线趋势下降。通过单调及二维复合加载明确了冲刷作用后桶型基础承载力变化,进一步绘制出冲刷深度S_d=0.2D工况下V-H-M三维破坏包络面,可为实际工程中冲刷作用后桶型基础受复合荷载时的承载状况提供参考。     

水泥土搅拌桩复合地基在软基处理中的应用

由刚性桩、水泥土搅拌桩及桩问土组成的复合地基,其承载力是由桩和桩间土共同分担的,通过刚性桩和水泥土搅拌桩的施工,实现对桩间土的挤密加固,可充分发挥和利用地基土的承栽潜力,有效地解决软土地基承栽力不足的问题。     

加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响

为分析加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,定量分析软粘土地基中单桩和三种典型加载方向下加翼桩的受力变形特性和极限横向承载力。依据数值分析结果,采用数值逼近方法建立了加载方向影响系数k3的经验公式,以反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,对现有计算方法进行了补充,并对其适用性进行了分析。结果表明,加翼桩横向位移和内力的分布与单桩的规律相似,桩身和翼板连接处易出现应力集中现象,极限横向承载力较单桩的显著提高。加载方向对加翼桩极限横向承载力影响较大,当横向荷载与前翼板夹角增大,极限横向承载力显著降低。经验公式计算精度良好,可较好地反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,可为工程设计提供参考。     

软基路堤拓宽对原路堤桩体受力特性的影响

      目的     交通量日趋饱和与建设用地日益紧张促使道路需要进行拓宽改建,为了进一步研究路堤拓宽时的稳定性,对软基路堤拓宽时原路堤下桩体受力特性的变化进行分析。      方法     采用Abaqus对离心机模型验证后,分别建立拓宽路堤与原路堤有限元三维数值模型进行对比分析,研究拓宽路堤自重、不同拓宽路堤土体参数对原路堤下不同位置桩体的受力和变形性状以及破坏模式的影响。      结果     数值仿真结果表明:路堤下各桩对抗滑的贡献不同,接近坡脚的桩主要受弯剪作用,远离坡脚的桩主要受轴力作用;拓宽路堤土体自重使得原路堤下桩体所受弯矩及剪力减小,所受轴力增大,越靠近拓宽路堤的桩受影响越大,原路堤下桩体的位移增大,其中靠近原坡脚处的竖向位移增量最大,横向位移增量最大处位于原路堤中部;拓宽路堤土体重度能显著影响原路堤的竖向位移,而其变形模量和强度参数对原路堤的竖向位移影响不明显;路堤拓宽后在荷载作用下,原路堤下桩体的受力特性较拓宽前会发生改变,潜在破坏模式由弯剪区、压弯区和受压区三个分区变为压弯区和受压区。      结论     所建模型能较好验证离心机试验结果,研究结果能对路堤拓宽的稳定性分析提供指导。