鋼管樁的案例
【iSolver案例分享】開口鋼管樁的單軸壓縮試驗(yàn)
【iSolver案例分享】開口鋼管樁的單軸壓縮試驗(yàn)
一．模型背景：
該模型為開口鋼管樁，該鋼管樁的尺寸為：外直徑2m, 壁厚0.05m, 樁長9m。樁所用鋼為Q235鋼，采用彈塑性本構(gòu)模型，鋼材密度為7.85t/m3, 彈性模量為215e6KPa, 泊松比為0.28，屈服強(qiáng)度為235MPa, 屈服后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為理想彈塑性模型。由于開口鋼管樁具有軸對稱性，故而只建立90度的模型，以降低計(jì)算成本。
圖一：所建90度的開口鋼管樁
圖二：鋼材的參數(shù)設(shè)置
該模型的兩個(gè)側(cè)邊截面為軸對稱約束，樁底部固定，頂部受到均布荷載，壓強(qiáng)為4000KPa。
圖三：樁的邊界約束及荷載
模型的網(wǎng)格類型采用C3D8R，將壁厚分為了兩層。
圖四：模型的網(wǎng)格劃分
二．iSolver與Abaqus的結(jié)果對比
圖五：樁內(nèi)側(cè)應(yīng)力分布圖（上側(cè)：abaqus; 下側(cè)：iSolver）
圖六：樁內(nèi)側(cè)底部的應(yīng)力集中圖（上側(cè)：abaqus; 下側(cè)：iSolver）
圖七：樁外側(cè)應(yīng)力分布圖（上側(cè)：abaqus; 下側(cè)：iSolver）
圖八：樁外側(cè)底部的應(yīng)力集中圖（上側(cè)：abaqus; 下側(cè)：iSolver）
取樁外壁的應(yīng)力路徑（圖九）做樁的應(yīng)力、應(yīng)變及位移由樁頂部到樁底部的分布圖。
展開 abaqus鋼管樁
請問一下abaqus鋼管樁怎么定義接觸對？鋼管內(nèi)壁和外壁和鋼管端部底面，是鋼管內(nèi)壁和管內(nèi)土體建立一個(gè)接觸對，管外壁與管外土體建立一個(gè)接觸對，底面和底面土體建立一個(gè)接觸對；還是內(nèi)壁和外壁做一個(gè)set做主面，管內(nèi)外土體面做一個(gè)set做從面創(chuàng)建接觸對，再底面和底面土體建立一個(gè)接觸對，總共兩個(gè)接觸對；總共只做一個(gè)接觸對，就是管內(nèi)外壁底面都做一個(gè)set做主面，土體管內(nèi)外底面土體做一個(gè)set做從面？好像創(chuàng)建三個(gè)接觸對，提交作業(yè)會報(bào)警顯示接觸對有交叉
棧橋計(jì)算書（工字鋼主梁） ￥2
2.2.5、樁頂分配梁
I56a主梁支承在2根I36a工字鋼分配梁上，2根I36a分配梁間采用間斷焊接。分配梁嵌入鋼管樁內(nèi)260mm，以保證分配梁的橫向穩(wěn)定性。主梁與分配梁焊接牢固。
2.2.6、基礎(chǔ)
2.2.6.1、橋臺
東岸LDK673+330處設(shè)重力式橋臺，橋臺基礎(chǔ)底面尺寸為6200×1400mm，其余為鋼管樁基礎(chǔ)。橋臺臺帽頂貝雷片位置預(yù)埋δ＝20mm的鋼板，防止壓碎橋臺混凝土。橋臺基礎(chǔ)采用C25混凝土，設(shè)一層Φ16鋼筋網(wǎng)片，臺背采用C30混凝土，設(shè)一層Φ16鋼筋網(wǎng)片。
2.2.6.2、鋼管樁基礎(chǔ)
基礎(chǔ)采用Φ600×10mm鋼管樁，每排3根，中心間距2250mm。鋼管樁間采用[20a連接系連接，樁頂設(shè)260mm凹槽，2根I36a工字鋼分配梁嵌入鋼管樁中。其中LDK673+438鋼管樁外設(shè)草袋圍堰護(hù)坡，護(hù)坡坡度1：1.5。
鋼管樁底高程1091.60m，樁頂高程1111.038m，鋼管樁長度20.0m，鋼管樁伸入一般沖刷線下10.9m。
2.2.7、附屬結(jié)構(gòu)
棧橋欄桿立柱采用Φ48×1000mm鋼管焊接在I20a橫梁上，鋼管立柱間距1500mm，立柱間采用Φ20鋼筋連接。
棧橋兩側(cè)每隔10m設(shè)置一道警示燈，以便夜間起到警示作用，防止船舶撞擊棧橋。
3、主要工程數(shù)量
本棧橋起始里程：LDK673+330，終點(diǎn)里程：LDK673+438，中心里程：LDK673+384。跨徑布置為9×12m，棧橋全長108m。
展開 【iSolver案例分享38】海上樁的抗水平荷載測驗(yàn)
【iSolver案例分享38】海上樁的抗水平荷載測驗(yàn)
1. 引言：
iSolver為一個(gè)完全自主的面向工程應(yīng)用的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件，對標(biāo)Nastran、Ansys、Abaqus設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，具備結(jié)構(gòu)有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎(chǔ)算法組件，精度和Abaqus一致。本文以海上樁的抗水平荷載測驗(yàn)為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。
2. 模型背景
該模型為3維模型，為海洋巖土工程中海上樁的抗水平荷載測驗(yàn)。開口鋼管樁在海洋巖土工程中的應(yīng)用廣泛，例如海上風(fēng)機(jī)等。該模型模擬開口鋼管樁承臺受水平荷載情況下（例如風(fēng)荷載），鋼管樁的抗彎性能。
鋼管樁材料為鋼材，彈性模量為215GPa,泊松比為0.28。其尺寸為海洋巖土工程中的常用尺寸
3. 建模
模型如下：
模型網(wǎng)格劃分C3D8R單元：
材料屬性如下：
邊界條件：底部固定，頂部受水平風(fēng)荷載
4. 結(jié)果對比
1) 應(yīng)力
a) 視圖1
iSolver結(jié)果：
Abaqus結(jié)果：
2) 應(yīng)變
iSolver結(jié)果：
Abaqus結(jié)果：
3) 位移
iSolver結(jié)果：
Abaqus結(jié)果：
5. 結(jié)果對比總表如下
由以上結(jié)果云圖分析可知，iSolver和ABAQUS兩個(gè)求解器對同一模型分析的結(jié)果同一性較好，應(yīng)力應(yīng)變的最值發(fā)生位置一致，具體數(shù)值分析見下表。
展開 
(海洋工程)海上平臺的自振頻率分析
模擬的工程價(jià)值和意義：海洋平臺由其承臺和開口鋼管樁群組成，在海上易受風(fēng)荷載、浪荷載、洋流荷載和地震荷載等隨機(jī)荷載的影響，外荷載頻率有可能與結(jié)構(gòu)的自振頻率相近而引發(fā)共振效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變形而產(chǎn)生變形和傾覆等危險(xiǎn)，故而研究海上平臺的自振頻率具有較高的工程價(jià)值。
任務(wù)：該模型模擬海上平臺的自振頻率分析，平臺包含承臺和承臺底下的支撐剛柱，支撐柱為變化樁徑的開口鋼管樁，嵌入承臺之中。
二、仿真計(jì)算采用的設(shè)備基本情況
1）處理器為 Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ CPU @ 2.80GHz 2.81 GHz
(支持超頻，4核8個(gè)邏輯處理器)
2）內(nèi)存為8.00 GB
3）操作系統(tǒng)為64 位（基于 x64 的處理器）
三、計(jì)算模型的處理技術(shù)
該模型采用Abaqus的線性攝動分析步和標(biāo)準(zhǔn)處理器(隱式處理器)，具有收斂性好，計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)；
模型為3D建模，網(wǎng)格類型為3D實(shí)體單元；
開口鋼管樁嵌入承臺當(dāng)中，且開口鋼管樁與承臺間的接觸采用綁定接觸。
展開 沉樁(Driven Piles)簡介
1 引言
按照目前使用教材的分類, 沉樁僅指的是預(yù)制樁, 不包括鋼樁(鋼管樁和H-Pile), 如下圖所示. 不過在我們的討論中, 把這兩種樁合并在一起, 統(tǒng)稱為沉樁(Driven Piles).
鋼樁在加拿大的巖土工程中應(yīng)用非常廣泛, 其中一個(gè)主要原因是由于許多工程,特別是石油和天然氣運(yùn)輸管線, 高壓輸電線路的工程場地都位于人煙稀少的地段, 使用混凝土非常不方便, 因此許多情況下都使用鋼管樁或H-Pile, 例如<樁基礎(chǔ)的分類(Classification of Piles)>中顯示的鋼管樁基礎(chǔ)是用于高壓輸電線路的, 此外, 在油罐(Oil Tank)基礎(chǔ)和機(jī)器地基的設(shè)計(jì)中, 也大都使用鋼樁.
沉樁(Driven Piles)的分析理論性非常強(qiáng), 實(shí)踐中通用的方法是基于波動方程進(jìn)行分析的, 例如WEAP和CAPWAP, 下圖所示的是一個(gè)真實(shí)的沉樁測試?yán)?
在許多標(biāo)準(zhǔn)的巖土工程教材中, 經(jīng)常使用如下所示的Alpha和Beta方法進(jìn)行沉樁分析, 在以后的文章中將詳細(xì)介紹. 這個(gè)筆記僅follow著教材內(nèi)容, 從施工的角度簡要介紹沉樁.
2 打入樁
打入樁是通過錘擊(或以高壓射水輔助)將各種預(yù)先制好的樁(主要是鋼筋混凝土實(shí)心樁或管樁，也有木樁或鋼樁)打入地基內(nèi)達(dá)到所需要的深度。這種施工方法適應(yīng)于樁徑較小(一般直徑在0.60m以下)，地基土質(zhì)為砂性土、塑性土、粉土、細(xì)砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石類土的情況。
3 振動下沉樁
振動法沉樁是將大功率的振動打樁機(jī)安裝在樁頂(預(yù)制的鋼筋混凝土樁或鋼管樁)，利用振動力以減少土對樁的阻力，使樁沉入土中。它對于較大樁徑，土的抗剪強(qiáng)度受振動時(shí)有較大降低的砂土等地基效果更為明顯。《公橋基規(guī)》將打入樁及振動下沉樁均稱為沉樁。
展開 #PLAXIS#某狹長的淺基坑支護(hù)方案計(jì)算
待復(fù)核剖面采用鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)方式（土釘+錨桿+微樁復(fù)合支護(hù)）。
沿長度方向布置鋼管樁290根，樁長6.0m，樁直徑150mm,樁間距50cm，樁體采用D80焊接鋼管，成孔后下設(shè)鋼管，樁體周圍注入PSA32.5的水泥漿，水灰比0.5。開挖過程中支護(hù)剖面設(shè)置2道土釘和1道預(yù)應(yīng)力錨桿，具體情況詳見剖面圖：
設(shè)計(jì)單位用理正進(jìn)行過計(jì)算，計(jì)算簡圖如下：
2.參數(shù)取值:
因?yàn)槭莻€(gè)很簡單的模型，用MC model計(jì)算。
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和地勘資料取模型參數(shù)：
c/kPa
φ/°
γ/kNm-1
素填土
10
8
17
雜填土
15
15
18
粉砂
9.5
30
18.5
粘性土
24
26
18
（壓縮模量參考值在坑深范圍內(nèi)取7MPa，坑底下取12MPa）
3.有限元模型
土均用摩爾庫倫模型模擬。土釘、錨桿錨固段用土工格柵模擬，鋼管樁用板單元模擬。土釘EA=2.4*105kN，錨桿自由段EA=2.75*104kN，錨固段EA=3.85*105kN。鋼管樁中鋼管內(nèi)徑80mm，外徑90mm，樁體直徑150mm，EA=7.4*105kN，EI=745.5kN*m2。臨時(shí)工棚及其他荷載簡化為60kPa的均布荷載，寬度6m，距基坑側(cè)壁3m。
支護(hù)時(shí)，有80mm厚的混凝土面層，每延米面層EA=20.4*105kN，EI=1088 kN*m2。面層的剛度與樁相比不能忽略，分別進(jìn)行不考慮面層貢獻(xiàn)的計(jì)算和考慮面層貢獻(xiàn)的計(jì)算。
展開 abaqus三維鋼管樁的貫入及樁側(cè)阻力的提取 ￥49.9
abaqus三維鋼管樁的貫入及樁側(cè)阻力的提取
【iSolver案例分享34】變直徑開口剛樁的承壓測試
【iSolver案例分享34】變直徑開口剛樁的承壓測試
1. 引言：
iSolver為一個(gè)完全自主的面向工程應(yīng)用的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件，對標(biāo)Nastran、Ansys、Abaqus設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，具備結(jié)構(gòu)有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎(chǔ)算法組件，精度和Abaqus一致。本文以固土圓撐和加強(qiáng)筋構(gòu)成的地基承載分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。
2. 模型背景
該模型為3維模型，為海洋巖土工程中變直徑開口剛樁的承壓力學(xué)性能測試。變直徑鋼管樁的材料為鋼材，密度為7.85,彈性模量為210GPa,泊松比為0.28。鋼管的外直徑均為2m,管長20m,管下半段的10m內(nèi)直徑為1.8m(壁厚為0.1m)，管上半段的10m內(nèi)直徑為1.9m(壁厚為0.05m)。
3. 建模
模型如下：
網(wǎng)格如下：
材料屬性如下：
約束和載荷如下：
4. 結(jié)果對比
1) 應(yīng)力
a) 視圖1（米塞斯應(yīng)力）
iSolver結(jié)果：
Abaqus結(jié)果：
2) 總應(yīng)變
iSolver結(jié)果：
Abaqus結(jié)果：
3) 位移
iSolver結(jié)果：
Abaqus結(jié)果：
5. 結(jié)果對比總表如下
1. 應(yīng)力、應(yīng)變及位移總體分布完全相同；
2. ABAQUS與iSolver求解器求解到極限位置結(jié)果見表1，可見極限位置求解結(jié)果包括應(yīng)力應(yīng)變和位移，均與原始求解器結(jié)果完全吻合，可以為實(shí)際產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)提供參考。
展開 ABAQUS CEL (例2) 海上開口樁貫入砂土 (附完整的input file) ￥66.67
ABAQUS CEL (例2) 海上開口樁貫入砂土 (附完整的input file)
背景
該input file模擬的是開口鋼樁在砂土中的貫入過程，樁相較于土的剛度大很多，因而采用解析剛體來模擬開口鋼管樁，土的本構(gòu)采用摩爾庫倫本構(gòu)模型。
所建模型
模擬結(jié)果
樁貫入土中時(shí)，土體水平應(yīng)力分布圖
樁貫入土中時(shí)，土體豎向應(yīng)力分布圖
樁貫入土中時(shí)，土體應(yīng)變分布圖
樁貫入土中時(shí)，樁內(nèi)外壁土體的流動矢量圖（土體速度分布圖）
金屬粉型藥芯焊絲在海工中的應(yīng)用
金屬粉型埋弧焊焊絲的試驗(yàn)研究
（1）項(xiàng)目介紹
我公司雖然一直從事陸上風(fēng)塔塔體制作，但是很早就開始海上風(fēng)塔制造技術(shù)研究，公司經(jīng)營方面曾接觸到歐洲大型海上風(fēng)塔項(xiàng)目——三角架及鋼管樁制作產(chǎn)品信息，其中鋼管樁直徑達(dá)6 000mm，板厚30~80mm，筒體材料包括S355ML/NL和海洋工程用鋼S355G7/G8+M，要求符合歐標(biāo)EN 10225《固定式海上設(shè)施焊接結(jié)構(gòu)鋼—技術(shù)交付條件》標(biāo)準(zhǔn)。其中對于板厚80mm以下的S355G7/G8+M有特殊要求，必須滿足－60℃夏比沖擊試驗(yàn)要求。
S355G7/G8+M是通過TMCP工藝（熱機(jī)械控制工藝）來獲得材料的高強(qiáng)度和高韌性，因此具有合金元素少，碳當(dāng)量低，相比于其他方式生產(chǎn)的同等級鋼材，具有更好的焊接性。國內(nèi)對這種鋼材的焊接性研究很少，對于焊接材料的匹配研究接近空白。我們采購了與S355G7/G8同一級別的江陰興澄特鋼生產(chǎn)的S355G10板材進(jìn)行試驗(yàn)研究，板厚規(guī)格分別是20mm和50mm，性能如表1所示。從力學(xué)性能匹配方面考慮，開始我們選用了兩種國際和國內(nèi)知名品牌的埋弧焊焊材，按照ISO15614—1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行工藝認(rèn)可試驗(yàn)及焊材熔敷金屬試驗(yàn)，但試驗(yàn)結(jié)果都不理想。
（2）焊材準(zhǔn)備
為了進(jìn)一步做好海上風(fēng)塔用鋼材S355G10及選配新焊材的焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)工作，綜合技術(shù)部焊接試驗(yàn)室組織召集鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)部和質(zhì)量部相關(guān)部門負(fù)責(zé)人對此項(xiàng)工作實(shí)施方案展開研討。積極咨詢、查找適合海上風(fēng)塔用鋼第三家埋弧焊焊材,在了解到金屬粉型藥芯焊絲在提高力學(xué)性能方面的獨(dú)特優(yōu)勢后，我們主動與焊材廠商聯(lián)系，讓他們提供了相應(yīng)埋弧焊焊絲及焊劑樣品，再次進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
（3）試板焊制
目前我們僅針對20mm厚鋼板進(jìn)行了一項(xiàng)工藝評定，母材試板下料尺寸均為20mm×200mm×600mm。焊接工藝評定項(xiàng)目如表2所示。
展開 
ABAQUS CEL (例8) 海上開口樁貫入軟粘土 ￥66.67
背景：該開口樁外徑1m, 壁厚0.05m, 靜壓貫入軟粘土深度為7.5m，模型在樁貫入所在區(qū)域采用精細(xì)化網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)約為100萬，應(yīng)用耦合歐拉拉格朗日法解決海上開口鋼管樁貫入軟粘土的大變形問題。
模型：（1）應(yīng)用軸對稱性，采用四分之一模型，降低模型計(jì)算量；
（2）土設(shè)置為歐拉區(qū)域，材料填充部分為土體，模型頂部未被材料填充的部分為空氣；
（3）本構(gòu)采用Tresca本構(gòu)來模擬軟粘土，模擬海底軟粘土的飽和不排水行為；
（4）模型分別提取了樁尖及樁兩側(cè)的摩擦阻力；
（5）模型所附input可直接導(dǎo)入abaqus進(jìn)行完整運(yùn)算。
模型結(jié)果：
圖一：樁貫入后土的應(yīng)力分布
圖二：樁尖形成的拱作用及土的壓密作用
圖三：樁的等效塑性應(yīng)變
圖四：樁尖阻力的提取
圖五：樁內(nèi)外側(cè)阻力的提取
展開 海上風(fēng)電基礎(chǔ)型式
為了適應(yīng)不同水深，不同的海上風(fēng)電基礎(chǔ)形式也逐漸形成，主要包括以下型式：
1）單樁基礎(chǔ)：單樁基礎(chǔ)由鋼管焊接而成，根據(jù)安裝方式的不同，樁和塔架之間采用焊接法蘭或套管法蘭進(jìn)行連接。單樁基礎(chǔ)可以通過兩種方式進(jìn)入海床，液壓錘擊或鉆入，二者的選擇主要依靠樁直接來決定，單樁結(jié)構(gòu)對水深變化具備一定的適應(yīng)性，但其結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)振動十分敏感，易受海床地質(zhì)影響。
2）導(dǎo)管架基礎(chǔ)：由鋼管樁通過導(dǎo)管架固定結(jié)構(gòu)物，可以保證平臺結(jié)構(gòu)整體性，建造形式相對簡單，可利用其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加大承載能力。導(dǎo)管架基礎(chǔ)適宜安裝在水深范圍在 20m-50m 左右的范圍內(nèi)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、造價(jià)較低的特點(diǎn)，所以導(dǎo)管架基礎(chǔ)的應(yīng)用越來越廣泛。
3）重力基礎(chǔ)：其主要依靠自身的巨大體積和重量保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在安裝前需提前進(jìn)行海底安裝準(zhǔn)備，但其結(jié)構(gòu)相對簡單、造價(jià)低廉，受到海底沙粒影響較小，穩(wěn)定性和可靠性均已通過工程實(shí)際得到了證實(shí)。
4）負(fù)壓桶（吸力桶）基礎(chǔ)：負(fù)壓筒基礎(chǔ)通常包括單桶和多桶兩種形式。該基礎(chǔ)形式適用于軟黏土，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性同樣依靠自身重力來實(shí)現(xiàn)，但其在安裝下沉的過程中極易出現(xiàn)傾斜，需不斷對其方向進(jìn)行調(diào)整。目前，負(fù)壓筒基礎(chǔ)在海洋風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用并沒有得到推廣，可靠性也需要不斷地研究加以證實(shí)。
5）浮動平臺結(jié)構(gòu)：浮動平臺結(jié)構(gòu)，目前較為常見的主要有：張力腿平臺(TLP)、SPAR 型平臺和半潛式平臺等海洋油氣工業(yè)常用的結(jié)構(gòu)形式，它們在近幾年逐漸應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，其工作水深可達(dá)到200m 或更大水深海域，是進(jìn)軍深海的重要基礎(chǔ)形式。
展開 橋梁歷史上的今天(8月23日)
四特大橋上部結(jié)構(gòu)為：29×16m空心板+（41+3×31.67+40+5×40）m小箱梁+（70+4×100+70）m連續(xù)箱梁+5×(5×40)m小箱梁，下部構(gòu)造為：主孔橋段采用空心薄壁墩配承臺樁基礎(chǔ)，跨徑31~41m副孔小箱梁段采用鋼筋砼柱式墩配樁基礎(chǔ)，跨徑16m副孔段采用薄壁墩配承臺樁基礎(chǔ)。橋外緣相距1m，橋?qū)?2.25m，橋長1988.80m。
7. 2017年8月23日，所羅門的姆巴拉蘇納橋（Mbalasuna Bridge）正式開通。姆巴拉蘇納橋上部結(jié)構(gòu)采用鋼梁形式，下部結(jié)構(gòu)為橋墩橋臺，基礎(chǔ)為鋼管樁基礎(chǔ)。橋長96.2m，橋?qū)?.5m。
來源：敦樸小兵
展開 粵港澳大灣區(qū)再添一條交通大動脈 廣東北江特大橋合龍
中鐵大橋局項(xiàng)目經(jīng)理王青云介紹，北江大橋河床覆蓋層淺，棧橋鋼管樁難生根、不穩(wěn)固，項(xiàng)目部在原有兩根樁的基礎(chǔ)上，另增兩根樁，并將它們連成一個(gè)整體，使棧橋形成“板凳結(jié)構(gòu)”。大橋區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，項(xiàng)目部采用護(hù)筒跟進(jìn)、拋填片石黃土、填充低標(biāo)號素混凝土等多種方式，保證施工質(zhì)量。
如何進(jìn)行215米大跨度的連續(xù)剛構(gòu)施工？
