涌潮作用下桩式丁坝横向动力特性现场试验及数值分析

结合在钱塘江盐官河段对涌潮作用下桩式丁坝动力特性进行的现场测试,首次将有限差分法应用于求解桩式丁坝框架结构受涌潮瞬态荷载作用时的动力响应。其桩周土模型采用Winkler假定,应用有限差分法将桩式丁坝框架结构的各梁柱单元离散后联立起来,从而求得整个结构的动力响应。通过参数研究揭示了结构的形式、结构的刚度、土的剪切波速(即反映桩土相对刚度)对桩式丁坝框架结构横向振动的影响。通过与现场测试结果比较可知,理论计算值与实测值基本吻合,验证了该方法的精度和稳定性。该方法计算过程简单,克服了传统的静力法不能考虑结构的惯性力以及土的粘滞阻尼和动刚度的缺点,对工程实际具有一定的指导意义。     

等效梁的刚度分析及应用

本文以板架为例，利用结构分析中的板单元、膜单元建立结构模型，将其计算结果与利用等效刚度梁、板单元建立的结构模型计算结果进行比较，通过分析，了解等效刚度梁在结构分析中的利弊。     

港口靠船桩工作性状计算的双参数法

港口靠船桩是承受重复性荷载或多循环荷载的一种横向承载桩。双参数法能较好地描述靠船桩 (单桩、群桩 )的桩土工作性状。用双参数法进行计算时 ,所给的地面条件必须由重复荷载或多循环荷载作用下实测出来。根据现场试桩资料 ,标定桩土参数 ,即k =mx1/n的指数l/n、桩土相对柔度系数α、桩土综合刚度EI等值 ,可以用来设计试桩附近局部地区同类条件下的其它长桩。对于没有进行试桩的某些工程 ,可以联合运用双参数法和p -y曲线法进行桩的分析     

考虑桩土作用独桩海洋平台横向振动特性研究

采用动Winkler弹性地基梁模型模拟桩土问动力相互作用，并考虑了流体与桩问相互作用，通过组合成层土中、水中桩单元的刚度阵，推得了独桩海洋平台连续系统横向振动的动刚度阵及在波浪力作用下平台甲板处的频率响应函数，进而求得了在确定性波浪力及随机波浪力作用下桩身任意点的位移响应。最后，通过算例研究和分析了在随机波浪力作用下成层土参数、甲板上重量及冲刷淘深等因素对平台振动响应的影响。     

随机波作用在直立桩柱上的波力

本文从 Morison 方程出发,根据 Borgman 所提出的计算公式,应用谱的方法在风浪槽中研究小桩柱的波浪作用力。文中给出了单位桩柱和总桩柱的惯性力和阻力转换函数。并对理论计算的力谱和实测力谱进行了比较。     

大直径超长管桩打桩过程中土塞性状研究

大直径超长桩的可打入分析是海洋平台打桩施工顺利进行的重要保障,土塞是否闭合的判断对于桩基可打入性分析具有较大的影响,因此,合理准确的土塞判断结果对提高桩的可打入分析的准确性具有重要的意义。以现场静力触探(CPTU)试验数据为依据,采用孔扩张理论推导了基于CPTU测试结果的桩端土的极限承载力计算公式;在求解桩端土体承载力时考虑了管桩与土体的刚度差异,同时考虑到打桩过程中的土体扰动。采用Randolph推荐的方法得到了土塞阻力,将两者进行比较,进而判断土塞的状态。通过实际工程的实测数据,对各个土层的土塞状况进行了判别,并根据判别情况采用波动方程的方法对桩基的可打入性进行了分析,将预测结果和现场的打桩记录进行了比较。计算结果显示,提出的方法与实测结果更为接近,有效地提高了桩的可打入性的预测精度。     

南海长周期波的传播计算

基于Sverdrup-Munk有效波理论，选取了1990－2000年间的南海水文气象资料，阐述了南海涌浪传播的特性和规律，并建立了南海涌浪的计算公式，计算结果表明计算值与实测值无系统偏差。     

基于锥形破坏面的桩靴式钻井平台插桩阻力分析

在分析桩靴式钻井平台插桩过程中地基土的破坏形式的基础上,将桩靴下土体破坏面假定为锥形面,根据极限平衡理论,推导出了均匀、双层地基土中基于被动土压力的插桩阻力计算公式。通过插桩实例对所推导的公式进行了验证,分析比较了极限承载力与插桩阻力的异同,讨论了插桩阻力计算公式推导过程中土体假设为锥形破坏面的合理性,认为本文推导的插桩阻力计算公式作为桩靴式钻井平台插桩深度预测方法更接近实际插桩结果。     

预应力混凝土空心原型大板抗扭刚度试验及其分析

本文通过预应力混凝土空心原型大板抗扭刚度试验,研究空心板在弹性范围内受纯扭作用下的抗扭刚度。试验表明,抗扭刚度的理论计算值与实测值较为一致,建议在弹性范围内受纯扭作用时的空心板,可直接按理论公式计算抗扭惯矩。     

用初参数法计算桩的内力和位移

本文用初参数法对成层地基中的桩在侧向荷载下的内力与位移进行分析。由于侧向抗力系数 k 沿深度变化,再考虑到桩的入土段的抗弯刚度也改变时,现行的计算方法将十分费事.本文的解法。首先将它的入土段分成 N 个小段,对于每一小段都看成抗弯刚度 EJ_i 与抗力系数 K_l为常量的柱;然后给出每一小段用初参数表示的解,再利用各段之间的连续条件,给出内力与位移的一般表达式,并最后将问题归结为一个二元一次方程组的求解。从而使多层地基中桩的内力计算得到很大简化。文末还将本方法与其他方法的计算实例作了比较,说明该方法有较高的精度。对于非成层土基中的桩,不管取用何种侧向抗力系数模式,采用本文的方法时也是十分简捷的。     

波浪作用下铰接式层合浮体的水弹性响应研究

在工程设计中,通常采用模块化方式制造超大型浮式结构物,将巨大的单体结构分割成多个较小模块,后期通过合适的连接器拼装形成。为了明确多模块超大浮体在波浪作用下的水弹性响应,以两个相邻层合浮体（高刚度面板和低密度芯材）为研究对象,建立波浪作用下铰接层合浮体水弹性响应的高阶势流模型。采用匹配特征函数展开法求解流体运动的速度势,探讨了铰接处弹簧刚度对浮体的反射系数、透射系数、挠度、弯矩和剪力的影响规律。研究结果表明：迎浪侧浮体的存在可以有效降低背浪侧浮体的挠度、弯矩和剪力幅值;与垂直弹簧相比,扭转弹簧刚度的增加可以更加有效抑制铰接层合浮体的水弹性响应;当扭转弹簧刚度大于一定值时,继续增大弹簧刚度对浮体的动力响应不产生影响。     

利用消去刚度法进行剪切型系统物理参数识别

提出了 1种能够比较准确地识别剪切型体系的结构参数 (各层质量和层间刚度 )的方法———消去刚度法。该方法从剪切型结构体系的特征值问题出发 ,利用剪切型结构系统质量矩阵和刚度矩阵的特殊形式 ,通过消去各层的刚度系数 ,得到了结构系统的各层质量比表达式。在结构总质量已知的情况下 ,仅利用系统的任意两阶模态信息就可以确定出各层质量 ,并进而计算出层间刚度 ,实现了结构物理参数的递推识别。数值模拟结果表明 ,该方法识别精度较高 ,便于工程应用 ,可以用于类似结构体系的物理参数的初步估计。     

p-y曲线对成层土体中大直径单桩的适用性研究

API规范推荐的p-y曲线是由均质土体得到的,并未考虑土层间相互作用,Georgiadis基于柔性桩提出了等效深度法修正p-y曲线,把均质土p-y曲线延伸到了成层土体中。为了研究p-y曲线和等效深度法对于大直径单桩在成层土体中的适用性,取4种典型地质条件:成层砂土、砂土-黏土-砂土、成层黏土和黏土-砂土-黏土,通过L-PILE软件计算了6 m直径单桩基础的p-y曲线、桩顶水平荷载-位移曲线、桩身位移和弯矩。并与ABAQUS建立的单桩基础三维有限元模型计算结果进行比较。结果表明等效深度法对于成层砂土影响不大;对于成层黏土影响较大;对于中间为软弱土层的成层土体,在荷载较大时影响显著,等效深度法计算结果更加接近FEM结果。在成层土体中,p-y曲线应用于大直径单桩对于砂土高估了初始刚度,低估了极限抗力;对于黏土则低估了初始刚度和极限抗力。     

水平荷载作用下砂土中非柔性桩的p-y曲线修正

中国近海风机大多采用长径比10～20范围内的非柔性桩基础,而现有规范方法主要针对长径比大于20的柔性桩,对我国风机基础的适用性一直存在争议。本文利用有限元法研究砂土中非柔性桩的水平受荷响应,主要关注容许范围内的桩基倾斜,因此采用硬化土小应变本构模型描述砂土的应力应变关系。建立钢管桩-土三维有限元模型进行变参数分析,探究土体相对密实度、桩基直径对初始地基反力模量的影响;讨论了正切双曲线函数和双曲线函数描述土体弹簧刚度(即p-y曲线)的合理性;最终提出了适用于砂土中非柔性桩的修正p-y曲线表达式,并通过与三种不同砂土相对密实度与桩基组合工况下的有限元结果对比,验证了修正p-y公式的合理性。结果表明：土体相对密实度、桩基直径与初始地基反力模量均呈正相关;双曲线函数更适合描述非柔性桩的p-y曲线;修正后的p-y公式提高了水平荷载作用下非柔性桩响应的预测精度。     

具有裂纹损伤桩腿的海洋石油平台有限元分析

采用有限元分析方法和断裂力学方法,将含裂纹构件的裂纹以线弹簧处理,建立了带有裂纹损伤桩腿的等效梁和管单元的单元刚度矩阵的计算方法。对检验方法的正确性,使用该方法对几种损伤构件进行了强度计算,并与有限元细化网格计算结果和实验结果进行比较,最后将等效单元计算程序接入大型有限元程序ＳｕｐｅｒＳＡＰ,对受损后的平台整体结构进行了应力计算和强度分析。     

桩列透空堤的水动力计算

分析了平面渡与桩列透空堤的相互作用.根据对矩形桩列上力平衡原理和非线性流阻等水动力学特征分析,导出一组计算反射、传递系数和波浪荷载的理论公式.计算公式内所有参数均是已知的,用它们预测的结果与现有的试验数据很好吻合.     

脐带缆铠装层参数对拉伸行为的影响分析

脐带缆用于连接水上浮体和水下生产系统,缆芯由钢管单元、光纤单元和电缆单元等组装而成,缆体外层是由铠装钢丝层螺旋缠绕以及聚合物外护套组装而成,截面结构复杂。利用ANSYS有限元通用软件建立双层铠装脐带缆的三维多层接触摩擦有限元模型,计算其截面拉伸刚度,将拉伸刚度数值模拟值与理论结果进行对比,验证有限元模型的正确性;分析比较铠装层不同缠绕角度、缠绕方式和钢丝直径下脐带缆模型的拉伸刚度。结果表明:铠装钢丝层缠绕方式、缠绕角度、铠装钢丝直径对双层铠装脐带缆模型的拉伸刚度、最大等效应力模拟结果均有影响。     

流速分布及锚链自身刚度对弹性单锚链系统变形和受力的影响

在锚链系统中,锚链本身的刚度和水流对其作用是影响锚链变形和受力的主要因素。应用分段外推的数值方法,分别对不同刚度和同一弹性锚链在均匀流作用以及同一弹性锚链在不同流速分布(流速在水深方向呈抛物线分布、对数分布)的水流作用下的变形和受力进行了分析和计算,得出了锚链自身的不同刚度及不同流速对锚链的变形及受力的影响情况。结果表明,刚度对锚链受力及变形影响明显,不同流速分布对锚链的偏移量几乎无影响,但对锚链的受力影响较大,选取抛物线型流速分布对锚链安全有利。     

深基坑内支撑等效刚度数值计算影响因素分析

深基坑平面内支撑结构等效刚度的计算常采用有限元等数值计算方法,通过分析深基坑支护结构的4种典型平面内支撑结构型式,探讨了数值计算模型中内支撑结构的单元划分长度、约束弹簧刚度、约束弹簧间距、约束弹簧布置型式等因素对内支撑等效刚度计算结果的影响.经计算分析可知,在其他影响因素不变而只改变某个影响因素时,平面内支撑结构的等效刚度随腰梁单元长度的增加、约束弹簧刚度的增加呈增加的趋势,随约束弹簧间距的增加呈降低的趋势,但基本不受约束弹簧布置型式、除腰梁之外的其他内支撑构件单元长度的影响.在此基础上,得出了数值计算中上述各影响因素的建议取值范围和约束弹簧的布置型式.     

河口地区航槽开挖后槽内流速变化

根据河口挖槽的特点进行水槽与挖槽设计，并在宽水槽试验的基础上，通过因次和线型分析，得出顺直挖槽和斜挖槽后统一的流速计算公式，公式计算值与实测值为接近，本文公式已用于实际航道回淤预报计算中。