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关键词： 向量式有限元   高陡边坡   双桩   内力计算   桩土相互作用  

摘要： 为研究向量式有限元在陡坡双桩内力及变形计算中的应用,推导了桩土相互作用等效节点力的计算方式,采用创新性的向量式有限元法对基桩进行离散化建模,编制了向量式有限元MATLAB数值求解程序,计算得到复杂荷载作用下陡坡桩基础的内力及变形结果,并与基于传统有限元ABAQUS软件的计算结果进行对比。结果表明:向量式有限元法结合等效节点力可以准确描述桩土的相互作用机理;两种方法计算得到的内力及位移结果非常接近,横系梁以上区域相对误差均小于5%;相较于传统有限元软件,向量式有限元法计算效率更高,且避免了矩阵运算中迭代不收敛问题,可用于桩土相互作用的分析。

关键词： 桶形基础   有限元分析   固结   黏土   贯入阻力  

摘要： 桶形基础用于支撑海上风电升压站平台时,平台与电气设备分两阶段安装,中间存在数周到数月的间隔期。为探究桶形基础在二次加载阶段的峰值贯入阻力,发展了基于网格周期更新的有效应力大变形有限元方法,避免基础贯入引起周围土体单元扭曲,再现了黏土中基础“贯入固结二次加载”的全过程。对比已有的离心模型试验,验证了发展的大变形数值方法的可靠性。通过比较初始贯入阻力与固结后的贯入阻力,发现桶基与平台的安装间隔期能够有效增加桶基承载力,固结后的贯入阻力峰值仅需要很小的基础位移即可达到。开展变动参数分析,考察影响峰值贯入阻力比的主要因素,提出考虑基础尺寸、土体渗透性与固结时间的归一化时间参数,并给出峰值贯入阻力比随归一化时间增长的趋势线。

关键词： 土-结构动力相互作用   桩基础   OpenSees有限元模拟   柔性基础   刚性基础假定   传递函数   脉冲响应函数  

摘要： 土-结构动力相互作用(SSI)在地震工程领域发挥着重要作用。大量的理论和实验研究结果发现土-结构动力相互作用会对建筑物及构筑物的动力特性产生显著的影响。这些理论主要基于理论分析和对数值模型的研究,其中假设基础嵌入柔性场地并发生刚体运动。刚性基础假定使模型自由度数量大幅减少,很大程度上降低了计算成本。然而,在现实中,结构的基础并不是绝对刚性的,在地震波通过时会发生变形。模型中刚性地基假设对预测SSI对结构响应的影响的理论研究非常少。因为没有足够数量的加速度计安装在整个建筑物内,在过去很长一段时间内都无法在一幢建筑物中观察到影响结果。第一个完全监测的足尺结构是同德广场悦中心(TPYC),这是一个位于昆明市的48层摩天大楼,地下室有4层,桩基埋深至地下50米。天津大学对该结构进行了密集的加速度计安装,以作为土-结构相互作用和结构健康监测研究的足尺试验平台。该系统于2021年1月投入使用,在其运作的第一年已经记录了8次地震的小振幅地震响应。本论文研究的目的是构建TPYC地基土、桩基、地下室和上部结构的有限元模型,该模型可以用于解释考虑土-结构相互作用体系中观察到的地震反应,并深入研究土-结构相互作用对结构地震响应的影响。为此,使用Open Sees构建了一个三维有限元模型,Open Sees是一个开源的有限元软件,与商业软件相比,它在参数化研究方面具有灵活和高效的优势。根据结构施工图纸和地勘资料确定模型的几何形状和材料属性,考虑了地下100米的土壤范围。在本论文中,主要工作为:(1)使用Open Sees对TPYC建立有限元模型;(2)使用该模型计算在垂直入射的SV波作用下结构在平面内的动力响应;(3)分析有限元模型的传递函数和脉冲响应函数(自由场、结构固端、土-结构相互作用体系的响应)。地下室和桩基础部分进行精细化建模,地面以上部分简化处理以能够足够反映整个结构的主要动力特征。分析传递函数的目的是研究柔性基础对土-结构相互作用系统响应的影响(基础柔性对于系统响应峰值与频率的影响)。因此,该模型是用来预测实际地下室和桩基刚度下的结构固定基础响应和土-结构相互作用系统响应,以及具有绝对刚性的桩基和地下室的模型。其次,比较了前三个模态频率的减少和这些频率的频谱响应。脉冲响应函数分析的目的是研究虚拟脉冲波在地基土、桩、地下室、上部结构中的垂直传播,并计算脉冲在每个部分中的传播速度。脉冲传播速度时衡量土-结构相互作用系统中每个部分的合理性的一个简单的标准。此外,通过比较使用有限元模型计算的脉冲响应函数和TPYC实际受到地震期间记录的地震响应计算的脉冲响应函数来验证该有限元模型。除了这些主要的目标外,该有限元模型还用于对场地土进行参数化研究,以及考虑了土-结构相互作用对TPYC响应的影响,如一系列不同剪切波速的地基土和一系列不同刚度的基础。TPYC有限元模型在垂直入射的剪切波作用下,计算了四种地震加速度的在时域内的响应。然后,将加速度响应进行傅里叶变换,用来计算模型中指定位置的响应与输入运动之间的传递函数。土壤中的剪切波速度以及桩基和地下室的刚度是参考变量,后者的变化是通过改变桩的材料、桩之间的土壤和地下室的材料实现的。研究了土-结构相互作用对模态频率和对模态频率频谱响应振幅的影响,研究了前三个横向振动模态和一系列土壤剪切波速度(V=125m/s～2000m/s)以及地基和地下室刚度。本文得出的结论是:(1)从自由场运动的脉冲响应函数推断,脉冲在土壤中的传播速度与输入模型参数中指定的土壤剪切波速不同。脉冲在自由场模型内的传播速度始终小于自由场土体的横波传播速度,其差值可达30%左右。(2)土壤剪切波速越小,土-结构相互作用系统的振动频率越低,且第一振型的振动频率变化最大。例如V从125m/s增大到2000m/s,系统频率f下降16%,f下降10%,f下降4%。(3)基础刚度对土-结构相互作用引起的频率和峰值响应的降低程度有重要影响。基础刚度越大,土-结构相互作用效应越明显。例如,如果基础和地下室刚度增大至实际结构的10倍,地基土剪切波速V=125m/s相较于V=2000m/s,系统频率f,f,f减少量依次为19%、14%、7%;而对于实际刚度的基础,相应的减少量依次为15%、10%、4%。类似地,如果基础和地下室刚度增大至实际结构的10倍,地基土剪切波速V=125m/s相较于V=2000m/s,f、f和f处峰值响应分别降低了71%、81%、94%,实际刚度分别降低了46%、55%、82%。(4)对观测到的双柏地震进行脉冲响应分析,带通滤波在0.3～8 Hz之间,发现波穿过上部结构的时间τ≈0.5 s,穿过地下室的时间τ≈0.03 s,穿过桩的时间τ≈0.30 s,在上部结构中的传播速度c≈440 m/s,在地下室中的传播速度c≈590m/s,在

关键词： 筒型基础   有限元极限分析下限法   地基竖向承载力   成层土地基  

摘要： 近年来,海上风电迅速成为重点发展的能源形式之一。筒型基础凭借其成本低、工期短且对地基扰动相对较小的优势,成为我国海上风电的重要基础形式之一。由于筒型基础筒-土相互作用的特殊性,其竖向承载力计算一直是地基基础设计中的难题。本文通过离心机模型试验及有限元极限分析下限法,分别对饱和均质黏土地基及上黏下砂成层土地基中筒型基础的竖向承载特性进行研究,主要研究内容及结论如下:(1)开展了饱和黏土和成层土地基中筒型基础的竖向承载力离心机模型试验,构建了离心机试验的监控和测量系统,提出不同类型地基土体的制备方法,通过分级加载获得了筒型基础的地基竖向承载力曲线,奠定了本文工作的基础。(2)将极限分析下限法与有限元离散技术和线性规划方法相结合,提出了考虑筒-土间摩擦的有限元极限分析下限法,基于Octave软件编制了筒型基础地基竖向承载力下限求解程序,开展了网格划分、土体参数及模型尺寸等因素的敏感性分析,保证了程序的稳定性和结果的可靠性。(3)通过与离心模型试验和理论公式计算结果的对比,验证了筒型基础竖向承载力下限解程序的正确性,分析了土体强度不均匀性、筒型基础长径比及筒壁-土间摩擦对筒型基础承载力的影响,提出了综合考虑以上因素的筒型基础地基竖向承载力计算公式。(4)开发了上黏下砂及成层黏性土地基筒型基础竖向承载力下限解计算程序。分析了上黏下砂地层中土层相对厚度、黏土层强度、砂土层内摩擦角,以及成层黏性土地基中上硬下软和上软下硬等对筒型基础地基竖向承载力的影响。

关键词： 筒型基础平台   载荷   ANSYS  

摘要： 文章利用ANSYS对筒型基础平台进行仿真建模及承载力分析,依据强度理论,对平台整体及重点构件进行强度及稳定性校核,研究成果可为筒型基础平台的建造提供一些参考性意见。

关键词： 筏板基础   有限元模拟   无冷却管  

摘要： 在滨海区域,由于地质中存在大块厚板石,基础会采取筏板基础形式。对于部分常规厚度的筏板,采用无冷却管的施工管理,可以节省相当一部分造价和工期。本文论述控制筏板基础质量的措施,在采用Midas Civil进行温度应力分析的基础上,通过改善边界约束条件、施工单位对于混凝土配合比的控制、施工措施控制、筏板基础的保温兼保湿养护等做法,确保无冷却管筏板基础的施工质量,节省冷却水管约15%~20%的基础工程造价,缩短约1/10~2/10的施工工期,并在海南种子创新研究院科研楼项目得到成功应用,效果显著。

ISBN: (纸本)9787560393193

关键词： 海上风电   四桩导管架基础   模态分析   实体单元   壳体单元  

摘要： 针对东南沿海某海上风电项目,分别基于ANSYS有限元软件中的SOLID187实体单元和Shell181壳体单元,建立四桩导管架基础支撑结构ANSYS有限元模态分析模型,并进行模态分析对比,结果表明在项目所在海洋地质条件下,采用实体单元和壳体单元建立支撑结构模型,所得到的模态分析一阶固有频率频率分析结果相差在1%以内,说明在整机质量、刚度分布确定的情况下,采用实体单元和采用壳体单元对整机的一阶频率影响很小,对于海上风电支撑结构整体频率分析具有一定的参考意义。

关键词： 弹性地基   柱下条形基础   相互作用   有限元法   内力  

摘要： 以弹性地基上某典型T形截面基础梁为例,探讨了采用ABAQUS程序进行该问题计算的有限元方法(FEM)。考虑到有限元法单元类型和网格密度对计算结果的影响,对比了采用不同单元类型、不同网格密度的计算结果,给出了在采用一阶单元类型进行基础梁内力计算时应采用8节点砖形非协调单元C3D8I的建议。由于有限元法摒弃了现行文克尔地基梁法和链杆法的简化假设,因而其计算结果是最为准确的。对于现行柱下条形基础的设计计算方法,对比分析表明,应尽量避免采用倒梁法,优先采用链杆法,其次是文克尔地基梁法。通过有限元法不仅方便高效地获得了基础梁的内力和沉降等,还首次揭示了基底反力的三维分布特征,有助于人们深入认识基础与地基的相互作用。因此,有条件时,建议的有限元法应作为设计人员进行柱下条形基础计算的首选方法。

关键词： 有限元理论   大跨径拱桥   基础   地基承载力   分析  

摘要： 拱桥是一种以拱肋为桥身主要承重结构而建造的桥梁 , 但大跨度拱桥无论是从设计、仿真分析还是施工都存在一些没有很好解决的问题。本文依托某大跨径拱桥,基于有限元理论,在基础及地基承载力方面展开分析。实现了大跨径拱桥基础及地基承载力分析。结果表明局部存在应力、但范围较小,不影响整体承载安全。有限元方法计算中的局限性,仅考虑土体与结构的连接,未考虑三向受压土体的滑移。但整体结果符合预期,需对节点耦合进行深入研发,以满足生产需要。