高陡边坡变截面桩基础受力性能研究

高陡边坡中输电塔大直径钢管直桩基础存在材料浪费、经济型较差的问题,使用阶梯变截面桩基础可有效提高基础的经济性、降低施工难度。文中采用ABAQUS软件分别建立45°边坡的变截面桩及直桩精细化有限元模型,在相同下压工况下,以最大应力和最大位移为分析对象,对变截面桩和直桩进行对比。研究发现,在软土地区45°边坡条件下,变截面桩和等截面桩最大拉应力值均符合强度要求,最大位移和钢筋笼最大应力相差很小,变截面桩可以代替直桩;在硬土地区45°边坡条件下,变截面桩和等截面桩最大拉应力值均符合强度要求,最大位移和钢筋笼最大应力相差很小,变截面桩可以代替直桩。研究成果可为阶梯变截面桩在高陡边坡输电塔中应用提供一定的借鉴与参考。

变截面桩变形及承载特性研究

为了深入了解变截面桩的变形及承载特性,本文通过系统的理论分析和试验研究,探讨了变截面桩在不同荷载条件下的性能表现。首先选择模型桩材料,设计加载装置。分别完成变截面桩竖向变形与承载特性分析、横向变形与承载特性分析。研究结果表明,变截面桩具有较好的承载能力和变形适应性,能够显著提高桩基工程的稳定性和安全性。通过合理的变径位置设置和优化设计,可以进一步发挥变截面桩的优势。

变截面桩承载能力理论分析与数值模拟研究

采用ABAQUS有限元分析软件对基桩进行数值模拟,分析变截面桩的承载能力特征值和桩身内力以及桩顶竖向荷载的传递特性。变截面桩能把桩顶荷载作用传递到更深土层中,侧摩阻力作用更大限度地发挥,使得该范围内的桩身承载利用效率提高;变截面处的端阻力作用提前且更充分地发挥,且产生侧阻增强效应,变截面附近的侧摩阻力更大限度地发挥。

任意段变截面桩纵向振动的半解析解及应用

建立了均质土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩 ,在桩身存在任意段变截面时 ,桩顶受纵向激励情况下的定解问题 ,用拉氏变换 (Laplace)求得桩顶阻抗函数和速度频率响应函数 ,然后利用卷积定理和傅里叶 (Fourier)逆变换求得任意激振力作用下桩顶速度响应的半解析解 ,并对缩颈、扩颈等截面突变桩以及截面连续变化桩的振动特性作了进一步的研究。

变截面桩的屈曲分析

以锥形桩为例,用能量法对变截面桩的屈曲问题进行了深入研究.首先建立了锥形桩的力学分析模型,并通过选取适合于边界条件的桩的合理挠曲位移函数,导出了系统总势能的表达式;然后利用最小势能原理推导了锥形桩屈曲临界荷载的计算公式.大量计算表明,在其他条件相同的情形下,变截面桩较普通等截面桩稳定性好,且锥形变截面桩存在一最不利桩长,在设计桩长时,应避开此最不利值.

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数.根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程.考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法.通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性.分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律.减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.

大直径变截面桩竖向承载力及沉降算法研究

大直径变截面桩荷载传递机理复杂,传统桩基理论已不能恰当分析其工作机理和受力性能。针对此类问题,从大直径变截面桩的实际受力状态出发,通过分析桩体所受摩阻力和端承力的发挥情况划分桩体不同受力状态,在考虑一定安全储备的基础上选取其中一个临界状态进行研究,根据桩-土变形协调条件提出大直径变截面桩竖向承载力及沉降量的计算方法,并用该方法对苏通大桥变截面桩基础进行竖向承载力及沉降量计算,结果与通过试验得到的设计值十分接近,表明该方法比现行规范算法更准确。

分层土中变截面桩振动问题半解析解的研究

本文首先考虑桩端的弹性阻尼支承 ,建立了具有多个变截面的桩与分层土相互作用的数学模型。其次 ,采用积分变换法对该模型进行了求解 ,得到了在桩顶任意荷载激振下桩顶振动响应的半解析解。最后 ,获得了瞬态半个正弦波荷载作用下桩顶速度响应的半解析解 ,并且研究了激振力的持续时间。

变截面桩速度导纳的解析解

对均质土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长三段变截面桩在任意激励力作用下的定解问题,利用拉氏变换和阻抗函数的传递性,求得桩顶速度导纳和动刚度的解析解,并对缺陷程度、缺陷段长度及缺陷位置对桩的振动特性的影响作了进一步的研究。

变截面桩的水平荷载模型试验研究

通过模型试验分析了水平荷载作用下桩在不同变截面位置处桩的工作机理。根据水平荷载—位移曲线、桩身入土深度—拉压应变、水平荷载—拉压应变、水平荷载—桩顶转角的测试结果,分析了变截面桩的水平承载性能,并进一步分析了变截面不同位置变化对水平承载特性的影响。结果表明,变截面桩为弹性桩,桩身截面位置的合理布设对于桩体材料节省和抵抗水平位移具有关键的影响,合理布设变截面位置对于工程具有实际意义。

均质土中半埋入变截面桩的瞬态波动响应

基于回传射线矩阵法,求得单位脉冲作用下均质土中半埋入变截面桩的桩顶速度导纳,然后利用Fourier逆变换和卷积定理得到瞬态半正弦激振力作用下的桩顶时域速度响应。比较半埋入缩颈桩、半埋入扩颈桩与半埋入完整桩的速度导纳和反射波,分析缺陷类型和长度、缺陷埋深和程度对速度导纳和反射波的影响,并进行缩颈-扩颈桩与扩颈-缩颈桩的桩顶速度导纳和反射波曲线的对比。结果表明,桩侧介质变化对桩顶速度导纳和反射波的影响小于桩身缺陷。

粘性阻尼土中变截面桩的纵向振动特性与应用研究

考虑土体轴对称波动效应,对变截面桩在任意激振力作用下的纵向振动特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、变截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为粘性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转化到拉普拉斯域内求解,通过引入势函数并结合阻抗函数的传递性,得到了拉普拉斯域内的桩顶阻抗函数解析解,进而可得到频域内的桩顶阻抗函数和速度导纳的解析解,利用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩的纵向振动特性进行了分析,重点讨论了桩身截面变化情况对速度导纳曲线和反射波曲线的影响,得到了许多重要结论。

变截面桩水平承载规律研究

基于变截面桩水平承载计算理论,考虑不同异化深度、有效截面面积等因素,对变截面空心方桩、变截面管桩和变截面加翼管桩这3种类型变截面桩在淤泥质土中的承载性状进行了规律性研究,结果表明：变截面桩桩顶位移均随异化深度的增大而非线性减小,减小速率先增大后趋缓;桩身最大弯矩随异化深度的增大均呈先减小后增大的趋势,当异化深度为（3-4）d时桩身最大弯矩值最小;变截面桩的水平承载力均随异化深度增大而非线性增大,异化深度小于7d时变截面加翼管桩的承载力较其他2种变截面桩有明显优势,异化深度大于7d后则开始情况相反;异化深度相同时,变截面空心方桩承载力较变截面管桩有优势。综合考虑承载力及桩身弯矩随异化深度的变化后,建议变截面桩异化深度（3~4）d为宜。

嵌岩变截面桩断面的选择与计算分析

根据岩溶地区红粘土层其状态一般为上硬下软的变化规律,基岩埋藏平均深度较浅,但起伏较大的地质特点,以及横向荷载作用下,单桩工作性状分析,论述了采用上大下小的嵌岩变截面桩的合理性。采用地基反力系数为常数进行分析,对桩径、变截面位置的初步拟定提出了依据,并通过有限元法对变截面桩的上、下段相互作用,嵌岩效应进行分析讨论。

散体材料变截面桩复合地基极限承载力计算

以剪切鼓胀破坏理论为基础 ,同时考虑桩土接触面上的摩擦 ,利用土压力理论探讨了散体材料变截面桩及其复合地基极限承载力的计算方法。通过算例讨论了桩型及桩土接触面上的摩擦角对散体材料桩及其复合地基极限承载力的影响。分析表明 :改变桩型能提高散体材料桩复合地基的承载力 。

指数型变截面桩中的纵波

解析地研究了指数型变截面桩中的纵波。桩顶受到纵向冲击力作用,桩身为有限长均匀弹性圆杆,其半径按指数变化,桩周土剪切波速也按指数变化,并考虑桩土相互作用。由Laplace变换和逆变换,分别得到纵向振动的桩土系统的传递函数和脉冲响应。进一步得到桩顶纵向振动速度的频响函数、频域和时域表达式。研究了渐缩自由桩和渐扩自由桩的桩顶纵向振动速度时域曲线特征;研究了渐变截面桩的桩顶纵向振动速度时域曲线、振幅谱曲线和导纳曲线特征;结果表明:桩身截面的渐缩和渐扩都产生桩身反射波,这种桩身反射波是缓变化的,其大小与桩身截面渐变的程度正相关;桩身截面的渐变主要影响频域曲线的几个低阶共振峰。由参数研究及推出的理论公式揭示,桩中纵波的衰减取决于桩周顶部土剪切波速与桩身纵波波速比、桩长与桩顶直径比、桩周土密度与桩身密度比。

一阶变截面桩与等截面桩对比试验研究

为研究一阶变截面桩在竖向荷载下的变形和承载特性,选取一组一阶变截面桩与等截面桩进行对比静载试验。试验分析对比了桩身轴力分布曲线、桩端应力及变截面处应力变化曲线、桩侧摩阻力沿桩身分布曲线和桩顶P-S曲线。结果表明:一阶变截面桩单位体积材料发挥效率更高,较等截面桩发挥效率提高约8%;变截面桩荷载传递仍然以侧摩阻力为主,当变截面处土层较弱时,随着荷载的增大变径处土层发生软化,变径处阻力趋于稳定,发挥作用有限。

变截面桩基础的数学实验选型研究

文章借助模糊数学方法分析了扩大盘在不同位置时桩基础的承载特性。通过模型实验得到变截面桩受力过程中扩大盘桩侧变化及每个扩大盘在受力过程中的变化规律,并分析扩大盘在不同土层中桩基承载力提高所起的作用,与数学分析方法构建的桩基形式指标体系进行对比,以验证理论推导的合理性和可操作性,并对各形式的变截面桩进行总结归纳。将桩基类型比选引入桩基的设计中有效地克服了传统定值设计方法的不足,具有一定的工程实际意义。

变截面桩的力学性能及工程意义

通过对变截面桩的荷载传递性质及变形特性详细分析,指出其具有受力合理,沉降小等优点,并通过工程实例进行了验证。

大直径变截面桩竖向承载力及沉降算法研究

大直径变截面桩荷载传递机理复杂,传统桩基理论已不能恰当分析其工作机理。针对该类问题,从大直径变截面桩的实际受力状态出发,通过分析桩体所受摩阻力和端承力的发挥情况划分桩体不同的受力状态,在考虑一定安全储备的基础上选取其中一个临界状态进行研究,根据桩-土变形协调条件,提出大直径变截面桩竖向承载力及沉降的计算方法,并用于对苏通大桥变截面桩基进行竖向承载力及沉降量计算,结果与试验所得设计值十分接近,表明该法比现行规范算法更准确。