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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑和防撬设计影响

传统的卡箍设计方法是通过建立海洋平台有限元模型并在强度分析基础上提取受损单元处完好时的最大载荷,将此载荷作为卡箍设计的初始条件。而卡箍实际承担的是平台安装上卡箍之后载荷重新分担下相应受损处承受的载荷,一般会比初始设计载荷大。着重研究载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑设计和防撬设计的影响,针对渤海湾中主要承受冰载荷作用的一个典型平台结构,提出了在线单元平台有限元模型上近似模拟卡箍的方法,提取载荷重新分担下的卡箍设计载荷进行了分析。结果表明载荷重新分担对卡箍防滑设计影响较小,但对防撬设计有着显著影响,并对此提出了在螺栓设计时增加螺栓预紧力安全系数的应对措施。     

管卡板牙式锁紧机构轴向承载力的试验研究

板牙式锁紧机构提供全结构管卡加固管道的结构承载能力。为了解决在管卡设计中其轴向承载性能的有关结构计算问题,本文通过模型试验对4种规格的板牙式锁紧机构进行了轴向承载力测试,分析了内板牙齿挤毁管道表面并刮断累积金属屑层的锁紧机构失效模式,借鉴刨削力计算公式拟合得到了板牙式锁紧机构单齿轴向承载力与咬入深度的经验公式,并分析了齿间距、齿顶角对单齿承载力的影响。试验结果表明对于相同齿顶角的锁紧机构,齿间距越大的单齿承载力越大;对于相同齿间距的锁紧机构,90°齿顶角的单齿承载力比80°齿顶角的大。     

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。     

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。     

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。     

海洋平台的灌浆卡箍技术研究

在国内外文献研究的基础上，对钢质近海结构物的修理，加固方法做了较为深入的研究，利用丹麦学者N．S．Ottosen提出的多轴应力状态下混凝土强度理论Ottosen破坏准则，建立了钢与混凝土组合结构T型灌浆卡箍管节点的轴向受控，受压和面内弯矩作用下的非线性有限元计算模型，采用分级加载计算分析了相应的极限承载能力，并与试验结果进行比较分析，计算结果表明，经灌浆卡箍维修后的管节点应力分布，变形和极限承载能力都得到了明显的改善，所得结果较好地反映了实际结构的力学特性。     

压力注浆螺旋钢管桩抗拔承载性能试验研究

针对海相软土地区螺旋钢管桩承载力低与腐蚀问题,提出一种新型压力注浆螺旋钢管桩,并设计5根足尺试验桩,进行现场抗拔承载性能试验,研究螺旋叶片直径与排布方式对成桩直径与桩基抗拔承载性能的影响.结果表明,成桩直径与螺旋叶片直径呈正相关,在每节延长段钢管末端设置螺旋叶片利于提高水泥土柱完整性,使成桩直径更为饱满,提高桩基的抗拔承载性能.将试验结果和现行规范抗拔极限承载力计算结果进行对比,计算结果约为实测平均值的94％,在此基础上提出压力注浆螺旋钢管桩抗拔承载力计算参数修正建议,为后续的设计提供参考.     

Shaft capacity of pre-bored grouted planted nodular pile under various overburden pressures in dense sand

Abstract

This paper presents the results of a series of model tests performed to study the shaft capacity of pre-bored grouted planted nodular (PGPN) pile in dense sand. The influence of the vertical overburden pressure on the shaft capacity of the PGPN pile is also investigated based on the test results. The test piles were equipped with strain gauges to measure the axial loads during the loading process, moreover, a foam plate was buried beneath pile tip to eliminate the influence of tip resistance on the shaft capacity. Some conclusions can be drawn based on the test results: the peak skin friction of PGPN pile increases with the increase of vertical overburden pressure applied on the foundation soil, while the rate of increase decreases with the increasing overburden pressure; the surface of the pile–soil interface of PGPN pile is relatively rough, and significant dilatant increase in lateral stress occurs during the loading process.