膨胀式自应力灌浆卡箍大尺寸模型的承载性能测试

为了推进膨胀式自应力灌浆卡箍技术的工程应用,本文进行了大尺寸卡箍模型的承载性能测试分析,主要通过内管表面多点的应变测试来分析灌浆环内表面的膨胀压力分布,通过测试螺栓拉力来分析灌浆环外表面的平均膨胀压力,最后利用"推出法"测定卡箍的滑动承载力,并结合膨胀压力分布情况进行分析。试验结果表明:灌浆环内表面膨胀压力在各个断面的分布是一样的,但断面不同位置膨胀压力的分布不均匀。由于灌浆环顶部存在空隙,造成了底部膨胀压力最大,两侧的压力较小,顶部是负压力。由螺栓拉力测试的灌浆环外表面平均膨胀压力理论推导出的内表面膨胀压力可以看出,内表面底部测试的膨胀压力比较符合推导值,侧部膨胀压力则偏小。滑动承载力测试时内管表面应变的数值大小也证实了膨胀压力的不均匀分布情况。另外该类型卡箍可以在灌浆后短时间(3~4d)内形成承载能力。     

膨胀式自应力灌浆卡箍长期滑动承载力测试

考虑到灌浆收缩徐变的可能影响,对膨胀式自应力灌浆卡箍的长期滑动承载力进行了试验研究。结果表明,对比28天养护期试件,卡箍1年养护期试件的长期膨胀压力和长期滑动应力并没有下降,尤其长期滑动应力反而平均提高了30%多,经分析其主要原因在于膨胀剂中的氧化钙成分对灌浆长期密实性的提高以及卡箍结构对灌浆膨胀的良好限制作用。该试验表明膨胀式自应力灌浆卡箍具有良好的长期承载能力和耐久性,适合在海洋结构的水下修复加固中应用。     

膨胀式自应力灌浆卡箍滑动承载力试验研究

确定适当的膨胀剂类型及其掺量范围对于膨胀式自应力灌浆卡箍的工程应用具有重要意义.测试了三种不同类型的膨胀剂在不同掺量下卡箍试件产生的膨胀压力及相应的滑动应力,并对测试值进行了比较.试验结果表明在三种膨胀剂情形中,FEA膨胀剂能够在灌浆环与受损内管表面间产生较大的径向压力,且增加两者间的粘结强度,提高了卡箍的滑动应力,适宜在海洋结构的水下修复加固中应用.同时根据试验数据并基于现有的2个经验公式提出了适用于FEA膨胀剂的膨胀压力与滑动应力间关系的经验公式,以用于指导相应的卡箍设计.     

筒型基础负压沉贯后筒内水膜形成及筒内灌浆效果的试验设计

筒型基础负压沉贯就位后,筒内表面土的沉降会使土层上部产生一层水膜。严重的水膜现象会影响到筒基平台的正常使用,为此专门设计本项试验来模拟筒内水膜形成的机理,并且提出了向筒内灌浆的方法解决水膜问题的方案。该试验通过配土、设计模型筒基、负压沉贯和筒内灌浆等操作过程,设置土槽、安装孔压传感器等实验手段,从土体破坏的角度,寻求负压沉贯过程中沉贯负压、沉贯阻力及孔隙水压力等因素对水膜形成的影响,试图探询水膜形成的规律,并且通过不同泥浆的灌浆试验来寻找有效解决水膜现象的方法。     

膨胀式自应力灌浆卡箍压力测定方法

膨胀式自应力灌浆卡箍中膨胀水泥环施加于受损内管表面的压力对该类型卡箍的滑动承载力有决定性的作用,因此测量卡箍中膨胀水泥环产生的压力对研究该类型卡箍的性能十分重要。介绍卡箍试件养护期间直接测量水泥膨胀导致的受损内管变形应变的方法以及膨胀压力的计算方法,该方法能够很好的祛除温度及垂直于应变花表面法向压力对测量结果的影响,准确地测定水泥膨胀过程中内管不同位置的应变变化。同时介绍通过测量卡箍螺栓的伸长间接测量膨胀水泥环对损伤内管表面平均压力的方法。试验表明在水泥浆中掺入FEA膨胀剂能够在灌浆环与受损内管表面间快速产生较大的径向压力,提高卡箍的滑动承载力。     

单元管件灌浆卡箍的吊装及安装设计研究

针对用于单元管件的非自应力灌浆卡箍和膨胀式自应力灌浆卡箍,讨论了灌浆卡箍水下安装的几个吊装和安装设计问题。首先介绍灌浆卡箍水下安装的总体设计及其安装步骤;然后进行了下水吊装时保持卡箍进浆口在下、出浆口在上的姿态分析和设计,计算出了合适的吊装悬挂距离;对帮助卡箍两瓣自动包拢受损管件的一个辅助闭合机构进行了力学分析和液压系统设计;介绍了卡箍对中及端部密封装置的工作原理;最后介绍了卡箍安装的海上试验情况,列出了各工序安装时间。为灌浆卡箍水下安装技术走向实际工程应用提供了设计和试验经验。     

海上不利工况下的导管架灌浆连接段黏结力试验研究

为解决海上风机导管架支腿和钢管桩灌浆段在海上恶劣施工与工作环境下发生偏心连接和偏心受力等不利工况时灌浆连接段的力学特性问题,文章制作海上风机导管架灌浆连接段足尺模型,对其黏结承载力进行原型抗拔试验,同时进行应变测试,以研究偏心灌浆等不利工况对灌浆连接段黏结承载力的影响。研究结果表明:导管架灌浆连接的轴向和偏心黏结承载力均满足设计要求;在轴向拉拔时,由于灌浆料受拉拔时其厚度越大则剪切变形越大,灌浆连接段各测点的位移由大到小依次为灌浆较厚侧、平均位移、灌浆较薄侧,但其应力差异不大;在偏心拉拔时,总上拔力虽减小,但偏心受力会导致结构弯矩和内力增加,表明在设计时应充分考虑偏心荷载对灌浆料的不利作用。     

膨胀式自应力灌浆卡箍灌浆本构关系模型的研究

膨胀式自应力灌浆卡箍是一种典型的钢/灌浆组合结构,由于膨胀受限灌浆处于三向受压状态,在这种结构的强度校核中采用合适的灌浆本构模型是影响设计结果的重要因素。采用ABAQUS建模这种卡箍,构筑了三种灌浆本构关系模型,主要测试了莫尔库仑模型和塑性损伤模型的相关材料参数,然后通过一个节点灌浆卡箍的设计算例,比较和分析了三种灌浆本构模型的计算结果。仿真分析发现对于卡箍的灌浆强度校核,线弹性模型最保守,容易校核不合格,而塑性损伤模型最不保守。建议采用能反映灌浆的压碎和开裂行为的塑性损伤模型作为膨胀式灌浆卡箍强度校核分析的本构关系。研究结果可以为自应力灌浆卡箍的有限元强度校核方法提供有益的借鉴和指导。     

海上风机基础灌浆连接段压弯性能试验研究

对四根不同轴压比的灌浆连接段试件进行压弯试验,研究了不同轴压比灌浆连接段试件的压弯承载力、延性和破坏模式,并且分析了压弯荷载作用下的灌浆连接段钢管应变分布规律。试验结果表明:灌浆连接段试件具有良好的延性和较高的承载力,且随着轴压比的增加,灌浆连接段试件水平承载力与延性不断减小。     

实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能测试

以中试研究的试验结果为基础,介绍了实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的测试情况。通过2个鞍板壁厚不同模型的膨胀压力和滑动应力的试验测试,表明实际尺寸样机承载性能的测试结果与小尺寸模型试验基本一致,15%膨胀剂掺量下的卡箍膨胀压力均超过1.8 MPa、滑动应力均超过2.5 MPa,实际尺寸卡箍样机仍然具有较高的承载性能,并且海试卡箍的滑动应力为2.56 MPa,达到了模型试验的水平。     

海上风电导管架结构与桩基灌浆连接施工工艺

灌浆技术作为导管架安装的重要关键技术,越来越受到业界的关注。灌浆连接具有良好的结构性能,以及施工便利、造价低廉等优点,被广泛应用于海上风电场。导管架灌浆是整个风电基础结构施工的一项关键技术,灌浆的成功与否直接关系到风机基础结构抵抗环境载荷的能力和寿命。文章针对导管架结构灌浆工艺进行研究,并结合江苏滨海项目分析了导管架灌浆工艺及其施工过程中的难点,为我国海上风电基础建设提供参考。     

风、浪荷载作用下海上风机单桩结构灌浆连接段疲劳性能评价

灌浆连接段的疲劳性能对于海上风机单桩支撑结构至关重要。基于385种工况下的某实际5 MW单桩风机支撑结构在风、浪荷载作用下的动力响应分析,获取了灌浆连接段荷载边界条件时程。建立灌浆连接段精细化有限元子模型,将荷载边界条件转化为应力时程。对于剪力键采用"热点应力"方法进行疲劳性能评价。对于灌浆材料,选取剪力键附近灌浆材料单元积分点处的第三主应力进行疲劳性能评价。采用Palmgren-Miner线性损伤累计准则和雨流计数方法进行疲劳损伤的累计。在某实际灌浆连接段20年的设计寿命周期内,最大剪力键总疲劳损伤为1.35×10~(-10);最大灌浆材料总疲劳损伤为1.54×10~(-3)。由此可见,灌浆连接段的疲劳性能由灌浆材料控制,且损伤值远小于限值1/3,在现有的荷载条件下,灌浆连接段不会发生疲劳破坏。分析产生损伤较大的几种工况可知,风速对现有单桩结构灌浆连接段疲劳的损伤起控制作用。     

海上风电导管架灌浆原型试验研究

文章开展海上风电导管架灌浆原型试验,验证自主研发的材料、设备和工艺满足海上风电导管架灌浆施工技术要求。研究表明自主研发的UHPG海上风电导管架灌浆料具有大流动性、可泵送性好、高早强、超高强、高耐久性、无收缩和高抗疲劳等特点,适用于海上风电导管架与钢管桩基础之间灌浆连接。原型试验也验证了自主研发灌浆设备的功效和能力,测试和验证导管架水下灌浆施工工艺,测试封堵器的封堵效果。原型试验对指导海上风电导管架灌浆有重要意义。     

单桩基础灌浆连接段受力机理分析

海上风机中，上部支撑结构和基础之间的连接是通过灌浆连接段实现的。近年来，风力发电发展迅速，风力发电机的功率越来越大，对单桩基础灌浆连接段的受力性能提出了更高的要求。在复杂荷载作用下，灌浆连接段受到轴力和弯矩的共同作用，有必要对压-弯共同作用下的灌浆连接段进行受力性能的研究。采用数值分析方法，分析了压-弯作用下不同轴压比时灌浆连接段的极限承载力、钢管与灌浆料之间的接触压力情况和灌浆连接段的应力情况。同时，根据学者Lotsberg提出的弯曲承载力组成理论，通过提取钢管与灌浆料之间的接触力，并对它们进行数值积分，分析了不同轴压比下灌浆连接段抗弯承载力组分的变化规律。通过分析，明晰了带剪力键的灌浆连接段的受力性能，为设计工作提供依据。     

脚靴式海上升压站灌浆连接段强度分析研究

与国内已建成的海上升压站相比，脚靴式海上升压站导管架对桩和套筒间的灌浆连接强度要求更高，完全套用单桩风电结构的分析方法会使结构设计不准确。由于桩和套筒之间设置有剪力键，当特殊情况时还需增加灌浆连接增强钢筋，在地震及撞船作用下容易导致灌浆接触界面分离等破坏，当前尚未有针对此类情况系统的灌浆连接强度校核方法。以某脚靴式海上升压站为例，分析其在在位、撞船、地震、疲劳等多个主控工况下灌浆连接、剪力键及增强钢筋的强度及稳定性，结果表明该海上升压站灌浆连接段满足设计要求，并研究了各参数对灌浆连接段强度的敏感程度，为今后脚靴式海上升压站各主控工况下的灌浆连接段强度分析、优化设计提供参考与借鉴。     

基岩固结灌浆技术在台儿庄复线船闸工程中的应用

结合工程实践，详细分析了石灰岩地区基础固结灌浆的处理方法、施工工艺以及质量控制要点，并简单阐述了基岩固结灌浆技术在工程应用中的优点。     

“埕岛二号”中心平台非灌浆腿导管架结构设计

结合“埕岛二号”生活平台介绍了非灌浆腿导管架的结构分析的细部构造设计计算,将其受力性能与常规导管架作了对比总结了该结构型式的导管架在结构设计时应注意的问题。     

短螺栓型膨胀式自应力灌浆卡箍滑动承载力试验研究

对短螺栓型膨胀式自应力灌浆卡箍的滑动承载力进行了试验研究,首先从自应力产生机理介绍了短螺栓型灌浆卡箍结构,分析了这种结构的特点和优越性,然后在不同膨胀剂掺量和长细比下进行了这种卡箍试件的滑动承载力测试。试验结果表明:滑动承载力随着膨胀剂掺量的增加线性增加;在长细比为1.02~1.67的范围内,滑动应力差异不大,但当长细比增加到3.33时,滑动应力明显降低;而且短螺栓型膨胀式自应力灌浆卡箍比近似结构尺寸的传统长螺栓型卡箍能提供更大的滑动应力。试验结果为短螺栓型膨胀式灌浆卡箍的工程应用提供了一定的设计依据。     

海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究

导管架结构是海上风机重要基础结构形式之一。灌浆连接是导管架结构与桩基础连接的典型方法,由于灌浆连接受力复杂,对材料技术指标要求极高。本研究自主研发导管架灌浆料,并通过纳米超细矿物粉体改性、聚合物改性和双重膨胀组分改性等系统研究形成超高性能灌浆料,通过成果转化形成海上风电灌浆料专利产品,并实现产品系列化,在实际工程中大量应用。其中UHPG-120型产品打破国外技术垄断,填补国内空白,该产品具有大流动性、抗水分散性、高早强、超高强、无收缩、抗疲劳和高耐久性特点,适用于深水导管架水下灌浆。本研究形成的海上风电灌浆料产品及灌浆连接核心技术实现核心技术和产品国产化,促进我国海上风电施工技术进步,引领国内海上风电灌浆技术发展。     

基于双缸耦合原理的阀控式能量回收系统原理设计与仿真分析

针对小规模海水淡化需要解决能量回收装置的能回效率与空间问题,将能量回收装置与压力提升泵进行集成一体化设计,研究了一种双缸耦合阀控式能量回收系统。系统两液压缸内活塞各由一个电动推杆推动,叠加高压浓海水压力实现压力交换,同时进行活塞推力的耦合控制,避免了压力交换过程中活塞的压力脉冲波动,保障了反渗透膜工作压力稳定;基于小型海水淡化装置,根据压力能流反渗透工艺节点压力流进行了计算分析,得出电动推杆推力压力0.5 MPa左右的补偿压力曲线。通过AMESim进行液压仿真分析,结果表明在系统回收率为30%,高压浓海水进口压力为4.8 MPa,增压海水压力4.6 MPa的情况下,通过压力补充增压海水压力可增压到5.0 MPa,反渗透膜压力与流量波动较小,满足反渗透海水淡化的压力需求。