斜拉荷载作用下钢管桩的承载特性及影响因素研究

发布时间：2020-11-03 04:07

　　 随着海洋工程的迅速发展,海上能源的开发逐步由近海向深海推进。浮式结构是深海工程中常用的结构形式,一般采用吸力式桩基础作锚固基础。国内外学者对吸力式桩的研究多采用室内小尺寸模型试验和数值模拟的方法开展,且对在斜拉荷载作用下钢管桩承载特性的研究尚处于起步阶段。为使研究结果更符合工程实际,本文依托山西省“百人计划”项目(深海结构与基础,项目编号:800101-02030017),采用大尺寸钢管桩模型,基于阵列式位移计测试技术对钢管桩在斜拉荷载作用下的承载特性进行了室内试验,并结合数值模拟分析,探讨了不同工况下的破坏特征,针对不同长径比、不同荷载作用角度和作用位置对钢管桩承载特性的影响进行了系统研究。在本文研究范围内,获得了如下主要结论:(1)通过对5种工况下钢管桩的室内模型试验,得到在相同长径比条件下,钢管桩抗斜拉荷载的能力随着荷载作用角度的增大而减小,而在相同荷载作用角度下,钢管桩的抗斜拉荷载的能力随着长径比的增加而提高。从破坏特征来看,5种工况下钢管桩周围土体产生不同程度破坏,桩前被动侧形成破坏楔形体并隆起一定高度,楔形体上出现若干裂缝,桩后主动侧出现沉陷和裂隙。(2)阵列式位移计技术在本次试验中得到应用,实时监测了桩身在不同荷载作用下的位移状态,表明在斜拉荷载作用下,桩身位移由平移和转动组成。不同的加载条件和桩身参数下,平移和转动位移所占比例有所不同。(3)有限元分析结果表明,荷载作用位置对极限承载力的影响与荷载作用角度有关,荷载作用角度≥30°时,荷载作用位置对钢管桩在斜拉荷载作用下的极限承载力影响不大。当荷载作用角度≤15°时,荷载作用位置对钢管桩在斜拉荷载作用下的极限承载力影响较大。斜拉荷载作用在距离桩顶0.8倍桩长处时,钢管桩的极限承载力取得最大值。斜拉荷载作用下钢管桩的极限承载力随长径比的增加而提高。斜拉荷载作用下钢管桩的极限承载力随着加载角度的增大而减小。荷载作用角度≤30°时,这种变化明显。荷载作用角度30°时,这种变化变缓。综上所述,在工程中采用钢管桩作为锚固基础时,建议尽量将系泊位置设置在桩身下部,采用较小的加载角度,另外,有条件时,优先选用长径比大的钢管桩。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P75
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 模型试验
        1.2.2 理论研究
        1.2.3 数值模拟
    1.3 论文的研究目的和主要内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
第二章 斜拉荷载作用下钢管桩承载特性的模型试验
    2.1 引言
    2.2 试验目的和内容
        2.2.1 试验目的
        2.2.2 试验内容
    2.3 试验设计
        2.3.1 试验平台及加载装置介绍
        2.3.2 试验测试装置
        2.3.3 钢管桩模型的制作
        2.3.4 地基土的制作与控制
        2.3.5 钢管桩的贯入
    2.4 位移计的安装及试验加载方法
    2.5 本章小结
第三章 斜拉荷载作用下钢管桩承载特性的模型试验结果与分析
    3.1 荷载—水平位移关系
    3.2 桩身转角与荷载的关系
    3.3 钢管桩模型的极限承载力和破坏特征
        3.3.1 钢管桩模型的极限承载力
        3.3.2 钢管桩模型的破坏特征
    3.4 极限承载力与长径比、荷载作用角度的关系
    3.5 本章小结
第四章 斜拉荷载作用下钢管桩模型的有限元分析
    4.1 引言
    4.2 计算方法与数值实现
        4.2.1 ABAQUS简介
        4.2.2 材料非线性问题的求解方法
        4.2.3 接触非线性问题的求解方法
    4.3 桩土有限元模型的建立
        4.3.1 计算模型与计算区域的确定
        4.3.2 本构模型
        4.3.3 桩土接触相互作用
        4.3.4 模型参数的选择
        4.3.5 网格划分与设置
        4.3.6 极限承载力确定
    4.4 数值模拟计算结果及分析
        4.4.1 数值模拟与试验模拟的荷载—位移曲线对比分析
        4.4.2 数值模拟与试验模拟的破坏特征对比分析
    4.5 本章小结
第五章 斜拉荷载作用下钢管桩承载特性的影响因素
    5.1 引言
    5.2 荷载作用位置对不同长径比的钢管桩的极限承载力的影响
    5.3 荷载作用角度对不同长径比的钢管桩极限承载力的影响
    5.4 长径比对钢管桩极限承载力的影响
    5.5 本章小节
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的参与的项目及研究成果目录

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨贞荣;;关于微型钢管桩在处治滑坡工程中的运用探讨[J];世界有色金属;2016年22期

2 桑涛;;光伏电站螺旋钢管桩的应用和计算[J];工程技术研究;2016年08期

3 茅永德;;用陆上打桩机打水上斜钢管桩的施工实践[J];建筑施工;2017年05期

4 蒋福昆;;微型钢管桩在岩溶地区地基处理中的应用[J];中国高新技术企业;2011年18期

5 郝峰;张云峰;刘秀芹;;微型钢管桩复合土钉墙有限元分析[J];工程勘察;2010年03期

6 肖春锦;;微型钢管桩用于滑坡治理及理论分析[J];路基工程;2010年04期

7 赖振荣;微型钢管桩复压处理技术[J];广州建筑;2005年03期

8 柴信众;天津港码头改造工程钢管桩牺牲阳极阴极保护[J];港工技术;2004年02期

9 杨孙胜;大型码头钢管桩外加电流阴极保护工程实践[J];材料保护;1985年05期

10 李德镍;直立钢管桩防波堤[J];水运工程;1986年01期

相关博士学位论文 前2条

1 彭文韬;超长大直径钢管桩竖向承载特性试验分析与预测方法研究[D];武汉理工大学;2010年

2 邬毛志;利用钢管桩实施基础托换的关键技术研究[D];华中科技大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 张炎飞;斜拉荷载作用下钢管桩的承载特性及影响因素研究[D];太原理工大学;2018年

2 郭万林;大渡河特大桥深水基础钢管桩围堰设计与优化[D];长安大学;2017年

3 刘长健;洋山三期大型钢管桩试桩及大型钢管桩承载力研究[D];清华大学;2009年

4 杨汉臣;微型钢管桩在边坡治理中的应用及其机理分析[D];中南大学;2007年

5 李战强;海上风机钢管桩基础耐腐蚀性研究[D];重庆交通大学;2014年

6 任远;基于ANSYS平台微型钢管桩加固滑坡体的有限元分析[D];成都理工大学;2013年

7 倪敏;大直径钢管桩竖向承载能力研究[D];天津大学;2014年

8 师毓嵩;微型钢管桩复合土钉墙模型试验及支护设计研究[D];南昌大学;2015年

9 罗萍;土岩结合地层上微型钢管桩—锚杆联合支护的应用研究[D];青岛理工大学;2010年

10 王德华;微型钢管桩托换在浅层掏土纠偏中的应用研究[D];重庆大学;2007年

本文编号：2868069