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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力問題
發布時間:2023-10-27 瀏覽次數:16516 來源:歐美大地

對于海洋樁基平臺來說,由于海上環境與陸地有很大不同,不便進行實地試驗,所以在打樁前對打樁過程進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、打樁系統及樁在中土的運動及受力狀態,具有模擬打樁過程的功能。


海上基礎用樁大多采用大口徑開口高強度鋼管樁,施工難度大,單樁造價高。實際施工中如果樁身應力超過樁身材質的屈服強度,俗稱樁打劈了,就會造成很大的經濟損失。GRLWEAP軟件就具備這種功能,在已知了樁的參數、詳細的地質資料的情況下,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力。設計單位可以依據計算結果來驗證方案合理性,施工單位可以指導進一步施工,如在某個土層更改沖程控制錘的輸入能量和打擊力來達到減小應力。



樁身容許應力一般性規定

海上用樁樁身材質一般為高強度鋼材,比如我們經常遇見的Q345、Q425,根據API RP WSD推薦,打樁動應力鋼樁不應超過屈服強度σ的90%,如Q345鋼樁,則樁身最大容許應力為Fa=0.9×345=310Mpa。需要我們注意的是,在不同機構和不同的國家規范中對容許應力的限值是不一樣的。下表為國外聯邦高速公路管理局推薦的各個不同材質的樁型軸向打樁容許應力值,供大家參考。

不同材質的樁型軸向打樁容許應力值



GRLWEAP軟件對打樁應力的模擬計算

GRLWEAP波動分析方程中,將樁、錘、土、樁墊或錘墊分別設置成計算模型,依據軟件內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力分布。根據某個工程的實際模擬輸出結果為例(圖1,圖2),從圖1可以直觀的觀察到樁身應力在沉樁過程中的變化情況與趨勢,圖1(b)橫坐標為壓應力沿深度的分布,下橫坐標為拉應力沿深度的分布。從圖2可以直接觀看在入土深度為80m的時候,樁身的最大壓拉應力發生的數值與位置。


工程實際模擬輸出結果


但需要注意的是,從沉樁可打性分析的計算結果可知,最大應力可能產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生。GRLWEAP軟件的輸出文件給出的是入土深度最大時對應的最大應力的位置,沒有給出沉樁過程中實際最大應力的位置。如果設計需要知道沉樁過程中實際最大應力發生的位置,可以按照以下步驟實現:

(1)根據計算結果找出最大應力發生時對應的貫入度;

(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力發生的位置與大??;

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



數據解讀

在打樁過程中壓拉應力作用的機理比較復雜,產生的原因也有很多,比如錘的打擊力、樁身的材質、樁身的截面尺寸,土的性狀、樁墊或替打的材質等等,甚至與樁的制作與吊裝堆放都有關系。這就需要我們工程師有豐富的工程經驗。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力,工程師可以觀察壓拉應力發生的數值與位置來分析判斷是哪種原因導致了問題的產生,以來優化設計方案和指導施工。

比如我們計算出在某個貫入度的時候壓應力過高,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度,或增大樁身截面??傊?a href="http://www.citizenrootspress.com/pro_view-2840.html" target="_blank">GRLWEAP軟件可以模擬計算出樁身軸向應力的大小,使工程師通過優化設計與施工方案來確保應力始終在材料強度的容許范圍之下。


下圖為GRL公司建議的一個判斷標準,供大家參考:

可打性判斷標準

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