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歐美大地 基樁檢測
基樁檢測
GRLWEAP軟件解讀海上沉樁過程中壓拉應(yīng)力問題
發(fā)布時間:2023-10-27 瀏覽次數(shù):37484 來源:歐美大地

對于海洋樁基平臺來說,由于海上環(huán)境與陸地有很大不同,不便進(jìn)行實地試驗,所以在打樁前對打樁過程進(jìn)行模擬分析非常有必要。國外Goble Rauche Likins and Associate Inc.公司推出的GRLWEAP程序(中文名稱:模擬打樁過程軟件),可全面地模擬樁錘、打樁系統(tǒng)及樁在中土的運動及受力狀態(tài),具有模擬打樁過程的功能。


海上基礎(chǔ)用樁大多采用大口徑開口高強(qiáng)度鋼管樁,施工難度大,單樁造價高。實際施工中如果樁身應(yīng)力超過樁身材質(zhì)的屈服強(qiáng)度,俗稱樁打劈了,就會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。GRLWEAP軟件就具備這種功能,在已知了樁的參數(shù)、詳細(xì)的地質(zhì)資料的情況下,可以模擬計算出不同樁錘、不同沖程下樁身在某個入土深度的壓拉應(yīng)力。設(shè)計單位可以依據(jù)計算結(jié)果來驗證方案合理性,施工單位可以指導(dǎo)進(jìn)一步施工,如在某個土層更改沖程控制錘的輸入能量和打擊力來達(dá)到減小應(yīng)力。



樁身容許應(yīng)力一般性規(guī)定

海上用樁樁身材質(zhì)一般為高強(qiáng)度鋼材,比如我們經(jīng)常遇見的Q345、Q425,根據(jù)API RP WSD推薦,打樁動應(yīng)力鋼樁不應(yīng)超過屈服強(qiáng)度σ的90%,如Q345鋼樁,則樁身最大容許應(yīng)力為Fa=0.9×345=310Mpa。需要我們注意的是,在不同機(jī)構(gòu)和不同的國家規(guī)范中對容許應(yīng)力的限值是不一樣的。下表為國外聯(lián)邦高速公路管理局推薦的各個不同材質(zhì)的樁型軸向打樁容許應(yīng)力值,供大家參考。

不同材質(zhì)的樁型軸向打樁容許應(yīng)力值



GRLWEAP軟件對打樁應(yīng)力的模擬計算

GRLWEAP波動分析方程中,將樁、錘、土、樁墊或錘墊分別設(shè)置成計算模型,依據(jù)軟件內(nèi)置計算程序與收斂條件,GRLWEAP會計算出在某個貫入度下沿著樁身的應(yīng)力分布。根據(jù)某個工程的實際模擬輸出結(jié)果為例(圖1,圖2),從圖1可以直觀的觀察到樁身應(yīng)力在沉樁過程中的變化情況與趨勢,圖1(b)橫坐標(biāo)為壓應(yīng)力沿深度的分布,下橫坐標(biāo)為拉應(yīng)力沿深度的分布。從圖2可以直接觀看在入土深度為80m的時候,樁身的最大壓拉應(yīng)力發(fā)生的數(shù)值與位置。


工程實際模擬輸出結(jié)果


但需要注意的是,從沉樁可打性分析的計算結(jié)果可知,最大應(yīng)力可能產(chǎn)生在沉樁過程的某一貫入深度時,而不一定是在最大入土深度時發(fā)生。GRLWEAP軟件的輸出文件給出的是入土深度最大時對應(yīng)的最大應(yīng)力的位置,沒有給出沉樁過程中實際最大應(yīng)力的位置。如果設(shè)計需要知道沉樁過程中實際最大應(yīng)力發(fā)生的位置,可以按照以下步驟實現(xiàn):

(1)根據(jù)計算結(jié)果找出最大應(yīng)力發(fā)生時對應(yīng)的貫入度;

(2)以這個入土深度作為最大貫入深度,更改樁模型與土模型;

(3)從更改模型后的計算中找出實際最大應(yīng)力發(fā)生的位置與大小;

比如本次計算,最大拉應(yīng)力為103.7mpa,發(fā)生的位置在入土深度為46米處產(chǎn)生,我們就可以用46米作為最終的入土深度來調(diào)整樁土模型進(jìn)行計算,從而可以得出實際的最大拉應(yīng)力發(fā)生的具體位置。



數(shù)據(jù)解讀

在打樁過程中壓拉應(yīng)力作用的機(jī)理比較復(fù)雜,產(chǎn)生的原因也有很多,比如錘的打擊力、樁身的材質(zhì)、樁身的截面尺寸,土的性狀、樁墊或替打的材質(zhì)等等,甚至與樁的制作與吊裝堆放都有關(guān)系。這就需要我們工程師有豐富的工程經(jīng)驗。GRLWEAP軟件的作用可以模擬計算出在打樁過程中的最大壓拉應(yīng)力,工程師可以觀察壓拉應(yīng)力發(fā)生的數(shù)值與位置來分析判斷是哪種原因?qū)е铝藛栴}的產(chǎn)生,以來優(yōu)化設(shè)計方案和指導(dǎo)施工。

比如我們計算出在某個貫入度的時候壓應(yīng)力過高,就可以降低錘的沖程以減少打擊力,或直接選一個比較小的錘,或提高樁身的材料強(qiáng)度,或增大樁身截面。總之:GRLWEAP軟件可以模擬計算出樁身軸向應(yīng)力的大小,使工程師通過優(yōu)化設(shè)計與施工方案來確保應(yīng)力始終在材料強(qiáng)度的容許范圍之下。


下圖為GRL公司建議的一個判斷標(biāo)準(zhǔn),供大家參考:

可打性判斷標(biāo)準(zhǔn)

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