复合加载模式作用下地基承载性能数值分析

确定竖向荷载(V)、水平荷载(H)和力矩(M)共同作用下建筑物地基的破坏模式及在荷载空间(H,V,M)中的破坏包络面是地基设计中的关键问题。为提高Swipe试验方法计算精度,提出了改进方案,进而利用有限元方法分析了复合加载模式作用下均质粘性土地基上条形基础的破坏包络面。计算表明,基于改进Swipe试验方法的数值模拟结果明显好于常规Swipe试验方法。针对海洋工程中实际复合加载模式的特点,探讨了竖向荷载分量V对地基破坏模式和H-M荷载平面上的破坏包络线的影响,结果表明竖向荷载分量显著地改变了地基的破坏模式及包络线的形状。     

复杂荷载作用下海底腐蚀管线破坏机理研究进展

腐蚀是引起海底管线破坏的一种重要原因。综述在内部工作压力和外部环境荷载作用下海底腐蚀管线破坏机理的研究,论述海底腐蚀管线在单一荷载和多种荷载联合作用下的破坏状态,并说明了当前研究的热点问题。最后,对该领域进一步的研究工作进行了展望。     

循环荷载下半圆堤整体稳定性计算方法研究

针对圆弧滑动面法已无法准确判断土体强度发生弱化后半圆堤整体稳定性问题,建立基于循环强度结合D-P屈服准则的拟静力有限元模型来分析半圆堤整体稳定性。分析荷载破坏包络线的变化趋势,给出提高半圆堤整体稳定性的工程建议。并在有限元数值分析结果基础上,对变量进行无量纲化,通过优化分析进行非线性拟合归一得出描述半圆堤整体稳定性的极限状态方程。以长江口深水航道治理二期工程为例,结果表明简化计算方法是可靠的,可供工程设计借鉴和使用。     

复合加载下考虑接触作用的地基承载特性数值分析

港口、海洋工程结构物基础一般处于复合加载状态,其极限承载力通常采用近来引入的极限荷载图进行评价.对位于地基表面的重力式海洋基础,需要考虑基础与地基间的接触特性对极限承载力的影响.以大型通用有限元软件ABAQUS为计算平台,建立了复合加载模式的地基极限承载力数值分析方法;针对饱和黏土地基上的表面基础,利用在ABAQUS平台上开发的接触计算模块,模拟基础与地基间竖向可分离、切向完全粘结的接触作用;进而基于建立的分析方法,进行系统的有限元计算,分析地基的破坏模式随荷载条件的变化,给出地基的极限荷载包络图,并与经典承载力计算公式结果进行对比.研究结果表明,经典承载力计算公式低估了三维荷载条件下的地基极限承载力,有限元计算模型及数值分析方法,可以较好地分析研究地基的失稳机理及承载力特性,并可考虑基础与地基不同的接触条件对破坏模式及组合极限承载力的影响.     

偏心荷载作用下条形浅基础荷载-变形特性数值分析

在主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在着非共轴现象。基于屈服角点结构非共轴理论,建立了一种非共轴本构模型,通过有限元软件ABAQUS的二次开发子程序UMAT,将该模型运用到有限元数值计算中。首先,对中密砂单剪试验进行数值模拟,研究了非共轴现象及其对应力-应变关系的影响。然后,针对偏心荷载作用下条形浅基础荷载-变形特性进行数值分析,研究了非共轴现象对荷载-位移关系的影响。研究结果表明:非共轴模型计算得到的荷载增长速度滞后于共轴模型计算结果的增长速度;在地基变形的初期,非共轴现象比较明显,主应力方向的减小速度要滞后于塑性主应变增量方向的减小速度;随着地基沉降的增加,非共轴现象逐渐减弱;非共轴模型与共轴模型计算结果之间的差异在应变硬化情况下更加明显。     

水平荷载作用下高桩码头整体可靠度研究

高桩码头在港口中应用较为广泛,与重力式码头相比,其耐久性较差,因此,其结构可靠度的研究对于工程安全运行至关重要.目前,高桩码头可靠性的研究大多局限于构件层面,特别是忽略了构件失效之间的联系,不能反映整体的安全性能.本文通过ANSYS软件建立高桩码头参数化数值模型,综合考虑失效模式之间的联系,计算码头的水平向极限承载力,...     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤波浪荷载试验研究

In this study, systematic physical model tests were performed to investigate the wave forces on the twin-plate breakwater under irregular waves. Based on the experimental results, the effects of the relative plate width B/L,wave height Hs/D and incident angle θ0 on the wave forces were analyzed and discussed. The results showed that:(1) The envelopes of the total wave pressure were generally symmetrical along the direction of plate width under the incident angles(θ0) being 0°, 15°, 30°, 45° and 60°. In particular, the envelopes of wave pressure atθ0=30° were larger than all other cases.(2) The synchronous pressure distribution of the breakwater under oblique wave action was more complicated comparing to the normal incident waves.(3) Based on data analysis, an empirical formula was obtained to estimate the total vertical force of the twin-plate breakwater.This empirical formula can be a good reference for the design basis of engineering applications under specified wave conditions.     

吸力式沉箱基础长期水平荷载作用下承载特性试验研究

通过两组不同水平荷载作用下吸力式沉箱基础长期模型试验,对吸力式沉箱基础随时间的位移变化规律以及土压力分布规律进行了研究。试验结果表明:在长期模型试验中位移发展主要集中在试验前期,后期位移稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显。土压力沿深度分布曲线呈抛物形状,表明沉箱基础在水平荷载作用下为转动模式,随时间增加被动区土压力变化呈增大趋势,主动区土压力呈减小趋势。土压力发展主要集中在试验前期,后期土压力变化相对较小,但土压力稳定所需时间较长,同时荷载值越大土压力稳定所需时间越长。     

软土地基沉箱防波堤失稳模式及稳定性分析方法

针对现阶段深水软黏土地基防波堤建设的设计理论和稳定性分析方法尚不成熟,结合实际工程,采用三维弹塑性有限元数值分析方法,研究在水平或竖直单一方向荷载以及复合加载条件下软黏土地基上沉箱防波堤的失稳模式,提出破坏包络线的稳定性判别方法。在波浪水平荷载作用下,深水软基上沉箱防波堤发生倾覆失稳破坏,失稳转动点为沉箱底面以下中轴线偏右的某点,不同于规范中规定的岩石或砂质地基沉箱倾覆转动点为其后踵点;在重力等竖向荷载作用下,沉箱的失稳模式为结构整体下陷,抛石基床及地基形成连贯的塑性区域,呈现较明显地冲剪破坏形式;在水平、竖向复合荷载作用下,软基上沉箱防波堤的破坏包络线由结构倾覆破坏线和地基承载力破坏线组成,包络线将荷载组合区分成稳定区、仅发生水平承载力不足倾覆破坏区、仅发生地基竖向承载力不足破坏区、同时发生水平承载力和地基竖向承载力不足破坏区4个区域。研究成果为深水软基沉箱防波堤建设提供参考和借鉴。     

地基承载力特征值和桩端承载力特征值的比较研究

工程中常涉及到地基承载力特征值fa及桩端阻力qpa,作为同量纲的地基指标,对同一土层后者往往要比前者高得多。运用梅耶霍夫地基极限承载力理论,分析了随基础埋深的加大地基土破坏形式的变化,对浅基础及桩基础破坏形式、地基承载力特征值fa与桩端承载力特征值qpa作了对比。研究结果将有利于建立及区别地基承载力特征值及桩端端阻力特征值的物理概念,对实际工程具有指导意义。     

Study on Failure Mechanism and Bearing Capacity of Three-Dimensional Rectangular Footing Subjected to Combined Loading

This paper presents two kinematic failure mechanisms of threc-dimensional rectangular footing resting on homogeneous undrained clay foundation under uniaxial vertical loading and uniaxial moment loading. The failure mechanism under vertical loading comprises a plane strain Prandti-type mechanism over the central part of the longer side, and the size of the mechanism gradually reduces at the ends of the longer side and over the shorter side as the corner of rectangular footing is being approached where the direction of soil motion remains normal to each corresponding side respectively. The failure mechanism under moment loading comprises a plane strain scoop sliding mechanism over the central part of the longer side, and the radius of scoop sliding mechanism increases linearly at the ends of the longer side. On the basis of the kinematic failure mechanisms mentioned above, the vertical ultimate bearing capacity and the ultimate bearing capacity against moment or moment ultimate bearing capacity are obtained by use of upper bound limit analysis theory. At the same time, numerical analysis results, Skempton＇ s results and Salgado et al. ＇s results are compared with this upper bound solution. It shows that the presented failure mechanisms and plastic limit analysis predictions are validated. In order to investigate the behaviors of undrained clay foundation beneath the rectangular footing subjected to the combined loadings, numerical analysis is adopted by virtue of the general-purpose FEM software ABAQUS, where the clay is assumed to obey the Mohr-Coulomb yielding criterion. The failure envelope and the ultimate bearing capacity are achieved by the numerical analysis results with the varying aspect ratios from length L to breadth B of the rectangular footing. The failure mechanisms of rectangular footing which are subjected to the combined vertical loading V and horizontal loading H （Vertical loading V and moment loading M, and horizontal loading H and moment loading M respectively are observed in the finite e     

弱超固结黏土中桩靴贯入形成孔洞对承载力影响

自升式平台作业前需对桩靴基础进行预压安装,使桩靴具备抵抗竖向-水平-弯矩复合荷载的能力。安装过程中,桩靴上部将形成一定深度的孔洞。弱超固结黏土地基中,土体强度较高,桩靴最终贯入深度较浅,而形成的上部孔洞较深,因此孔洞将对桩靴就位后的承载力产生影响。通过有限元分析,研究弱超固结黏土中桩靴上部孔洞对承载力的影响,结果表明:1)与无孔洞的情况相比,孔洞的存在对桩靴的单向和复合承载力有削弱作用; 2)当桩靴与孔洞底部距离大于桩靴直径时,承载力不再受上部孔洞的影响; 3)当桩靴埋深小于等于0.75倍桩靴直径时,无论桩靴上部有无孔洞,现有预测公式都不能较为合理地预测弱超固结黏土地基的复合承载力,为此提出了考虑孔洞影响的桩靴复合承载力包络面预测公式。     

新型伞状锚拉拔破坏机制与承载力数值分析

锚泊基础的承载性能直接影响着海洋浮式结构物的稳定性,因而研究新型有效的锚泊基础已成为海洋工程结构设计中的关键问题之一。文中提出了一种基于海洋软土液化特性的伞状锚,充分利用桩端土体增强抗拔承载能力。应用二维颗粒流分析程序,对该新型伞状锚的安装、抗拔承载能力进行了数值模拟,并与普通锚桩进行比较分析,验证其有效性。针对伞状锚与普通锚桩在拉拔过程中的土体破坏机制,从细观角度分析了其抗拔承载能力的提高机制。研究结果表明,对于相同抗拔锚泊设计竖向承载要求,伞状锚所需材料可大为减少,安装难度明显减低,是值得推广应用的新型锚泊基础形式。     

Scour effects on bearing capacity of composite bucket foundation for offshore wind turbines

Abstract

Composite bucket foundation (CBF) is a wide-shallow foundation for offshore wind turbines, which can be transported and installed with the turbine as one unit at a one-step operation. Compared with deep pile foundations, its structural stability is more sensitive to the scouring by waves and currents. In this paper, a three-dimensional finite element model with CBF and surrounding soil is established to estimate the failure mode at different given soil scour conditions. The loading on CBF for offshore wind turbines is characterized by relatively small vertical loading V, larger horizontal loading H, and bending moment M, and the effect of erosion on bearing capacity of CBF is determined by using the fixed displacement ratio method. In addition, the failure envelopes of the CBF applied in H–M and V–H–M loading modes are obtained. Results indicate that the bearing capacity of CBF under horizontal loading and bending moment will be significantly reduced by the decrease in the embedded depth of CBF due to the scouring depth and extent, as well as the H–M, and V–H–M failure envelopes. The structural stability safety factor of CBF under different scouring conditions can be obtained through the three-dimensional envelope surface with respect to scouring depth and extent.     

海洋纤维增强热塑性立管极限承载拉力预测方法

海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力（Max Stress）准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。     

海上风机吸力基础的水平受荷研究综述

吸力基础具有施工速度快、安装过程中受海况天气影响小且易于回收重复利用等优点,被广泛应用于海洋工程。当吸力基础作为海上风电塔架的基础时,常常承受较大的水平荷载,因此其水平承载力是设计的主控因素。介绍了海上风机基础的设计要求,分析了影响基础水平承载性状的因素,总结了吸力基础受水平单调荷载、水平循环荷载和不同荷载组合三个方面的研究现状。讨论了水平荷载的大小、水平加载的高度(偏心率)、循环荷载的频率、循环荷载的次数、循环荷载的幅值、循环荷载的方向性、竖向荷载对吸力基础水平承载性状的影响,考虑了水平荷载的非共线性,指出了目前研究的不足,明确了吸力基础水平承载性状进一步研究的方向,提出了供工程实践参考的建议。     

海床表层软土对宽浅式筒型基础承载特性影响研究

近海海床表层多为软黏土或淤泥质土,为探究海床表层软土对海上风电宽浅式筒型基础承载特性的影响,以中国广东某海域风电场为背景,通过有限元分析的方法,研究竖向、水平、弯矩荷载作用下软土层厚度和土体强度对基础极限承载力、破坏模式以及筒基土压力分布的影响。研究结果表明:当软土层厚度小于H/2(H为筒裙高度)时,单向荷载作用下宽浅式筒型基础极限承载力随软土层厚度的增加呈线性减小的趋势;当软土层厚度大于H/2后,承载力降低速率逐渐增大。表层软土的存在,使得塑性区范围缩小,软土层内土体塑性破坏更加明显。竖向荷载作用下,随软土层厚度的增大,筒顶承载先减小后增大,筒内侧摩阻力先增大后减小;水平荷载和弯矩作用下,筒侧被动土压力的降低是引起软土覆盖地基中基础承载能力降低的主要因素。