吸力樁的案例
案例58-吸力樁分析
這個示例問題模擬了土壤環(huán)境和鋼吸力樁結(jié)構(gòu)之間的相互作用。土壤的非線性塑性行為使用莫爾-庫侖材料進行建模。該問題考察了缺陷對結(jié)構(gòu)響應的影響。
重點介紹了以下特性和功能：
• 通用固體單元技術(shù)
• 莫爾-庫侖，地質(zhì)力學中使用的幾種材料模型之一
• 初始應力狀態(tài)
• 屈曲分析（用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷）
• 非線性靜態(tài)分析
介紹
吸力樁（也稱為吸力沉箱或吸力錨）是連接到樁頂或樁帽的鋼管。蓋子包括：
• 用于控制壓力的閥門（用于嵌入樁的負壓或用于移除樁的正壓）
• 取決于樁的預期用途的各種連接
在操作過程中，吸力樁與周圍土壤相互作用。
使用吸力樁的工程結(jié)構(gòu)通常在必須考慮土壤-結(jié)構(gòu)相互作用的環(huán)境中運行，以真實地描述結(jié)構(gòu)行為。使用標稱幾何形狀，特別是在薄壁管壁的情況下，可能會導致高估結(jié)構(gòu)承載能力。
引入缺陷的有效方法包括進行預應力屈曲分析，并根據(jù)結(jié)果生成更新的幾何圖形。然后，可以在隨后的非線性靜態(tài)分析中使用調(diào)整后的幾何結(jié)構(gòu)，以獲得更真實的結(jié)構(gòu)行為模擬。
問題描述
吸力樁周圍和部分填充有粘性低的砂狀土壤。
載荷條件包括內(nèi)外吸力樁表面上的主動和被動徑向土壓力。
使用特定的加載歷史進行具有標稱幾何結(jié)構(gòu)的非線性靜態(tài)分析。最初，應用原位應力狀態(tài)，考慮土壤的重力加速度、土壤深度和泊松比。吸力樁進一步承受負壓、吸力樁與打樁結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生的界面力以及樁裙與土壤之間的附加摩擦力。
幾何缺陷由第一屈曲模態(tài)和規(guī)定的比例因子產(chǎn)生。
在更新幾何結(jié)構(gòu)以考慮缺陷后，進行后續(xù)的非線性靜態(tài)分析。與早期的標稱幾何靜態(tài)分析結(jié)果相比，應力狀態(tài)和變形結(jié)果明顯不同。
建模
吸力樁模型使用SHELL281二次殼單元。
展開 吸力樁基礎(chǔ)置入階段
置入過程中，吸力樁將承受較大的壓力及土體阻力，必須按照規(guī)范[5]要求對這些板殼結(jié)構(gòu)進行屈曲校核，確保樁頂板及側(cè)壁能夠抵抗置入過程的外力作用。
吸力樁置入過程中，如果負壓過大，作用在樁內(nèi)土體的向上的力0大于其阻力，有可能會出現(xiàn)土塞隆起現(xiàn)象，為吸力樁安裝帶來諸多困難。因此，為避免產(chǎn)生土塞隆起現(xiàn)象，負壓不能超過下述公式中定義的許用值[3]：
注：以上內(nèi)容節(jié)選自論文《吸力樁基礎(chǔ)設(shè)計建造安裝關(guān)鍵技術(shù)研究》。
Ansys Advantage: 聚焦結(jié)構(gòu)分析（下）
壓力下的穩(wěn)定性
吸力樁的設(shè)計很簡單，但如果過度設(shè)計的話，成本就會很高。即使是很小的更改也可以節(jié)省大量資金。EDRMedeso和Ansys Mechanical按照模型預測得出的破壞性載荷值比之前的計算結(jié)果要高，不僅使TechnipFMC在材料選擇方面不那么保守，而且還顯著提高了工作負荷，改進了設(shè)計，降低了安裝成本。
