竖向受荷桩极限承载力计算的可靠性分析

为深入探究竖向受荷桩极限承载力3种典型计算模型(双曲线模型、指数曲线模型和灰色理论模型)的可靠性,基于具有极限承载力的95根试桩数据,详细分析3种单桩竖向极限承载力计算模型预测行为的不确定性。研究发现3种计算模型均可基于未达到破坏状态单桩的荷载-沉降数据序列预测其极限承载力,但具有一定的不确定性。编制的计算程序SIMUPU有效提高了单桩极限承载力的计算效率,具有良好的实用性。结合程序分析结果,提出单桩竖向承载力计算模型不确定性的分析方法,阐明了计算模型不确定性的统计特征,发现计算模型的不确定性系数统计均值可用于修正并提高模型预测单桩极限承载力的可靠性。基于双曲线模型极值点法预测的单桩极限承载力普遍偏大,且离散性较大,偏于不安全;采用双曲线模型最大曲率点法确定单桩极限承载力的不确定性系数均值虽接近1.0,但其预测结果的可靠性略有降低。指数曲线模型和灰色理论模型的预测结果整体略偏小,且二者预测结果较为接近,预测所得单桩极限承载力的可靠性优于双曲线模型。基于工程试验桩的应用分析表明,单一计算模型可能产生较大误差,基于本文可靠性分析方法,同时采用3种计算模型进行预测、修正、取均值,可获得更为可靠的单桩极限承载力。研究成果可为单桩极限承载力的分析和获取提供参考和依据。

超大直径嵌岩桩基础竖向受荷性状研究

研究目的:超大直径桩的应用越来越多,超大直径桩基础的工作性能是否仍可以采用常规的设计方法,需要进一步研究。本文基于夜郎河铁路特大桥的超大直径桩基础,结合具体地质情况采用FLAC3D软件仿真模拟分析大直径单桩基础竖向受荷特性。研究结论:(1)对于完全嵌入强度较高岩层的桩或上覆岩层强度较高的超大直径桩基础,当桩的长径比大于1.8时,桩基侧阻曲线形态表现为“上大下小”;随着桩长减短、长径比减小,桩上部侧阻逐渐减小,下部侧阻逐渐增大;当长径比很小时,变成“两端大、中间小”的形态;(2)只有当桩侧岩层弹模较小或上覆土层强度较低(如为黏土)的超大直径桩基础,侧阻曲线才表现为“上小下大”的形态,且桩侧岩层弹模越小,或上覆土层越弱,这种特征表现越明显;(3)超大直径桩的最优长径比小于3,比小直径桩的最优长径比小;(4)对于同直径的超大桩基础,桩侧阻力会根据桩侧岩层弹模的不同表现出三种不同的分布形态;(5)本研究成果可为超大直径桩基础的研究及应用提供指导和参考。

均质土中竖向受荷X形混凝土桩的三维弹性变分解

现浇X形混凝土桩(简称XCC桩)是一种典型的横截面异形桩,其受力特性不同于常规圆形桩,即存在所谓的"异形效应",目前仍缺乏考虑XCC桩-土相互作用更严格的理论分析方法。为研究均质土中竖向受荷XCC单桩异形效应对桩基沉降的影响,基于变分原理导出考虑土体竖向和水平位移的桩-土体系控制方程,并对复杂边界平面内的控制方程进行了保角变换,借助Matlab编写差分程序,获得桩身位移函数、土体竖向和水平位移函数的半解析解。以桩身位移函数为例对差分程序的进行了收敛性验证,将所求桩位移函数与现有理论解对比,结果吻合较好;与ABAQUS有限元结果比较,也具有合理的一致性。最后,对影响桩沉降的主要因素进行了参数分析,同时将XCC桩与等截面圆桩以及等周长圆桩对比,探讨了其异形效应对无量纲化桩体刚度的影响,而后,给出了XCC桩相对于等横截面圆桩无量纲化桩顶刚度增加百分比的拟合公式。

基于地层结构效应的竖向受荷桩与地层共同作用研究

在竖向受荷桩基础中也存在地层结构效应;桩侧阻与端阻的协同工作其实就是桩侧地层与桩端地层的协同工作;分析了两种典型地层结构情形下竖向受荷桩与地层的共同作用。

基于薄环层元法的层状地基中摩擦桩竖向受荷计算

基于薄环层元法和虚土桩假设,提出了层状地基中竖向受荷摩擦桩计算模型。将桩身正下方至基岩间的土层视为虚土桩,并将桩土体系划分为多个薄层单元;随后利用虚位移原理求得薄环单元和桩单元的单元矩阵方程,并根据单元间平衡关系建立整体矩阵方程;最后通过桩与桩周土的协调关系,计算出层状地基中桩土体系位移。计算结果与已有方法结果吻合良好,验证了本文的正确性与可靠性。参数分析表明,计算单元厚度越小,精度越高;三层地基中的摩擦桩,中间夹层模量越大,其分担的荷载越多。桩端下卧土层厚度越小,桩端刚度越大。当桩端土厚度小于0.3倍地基厚度时,桩端刚度显著增大。当桩端以下土体分层时,桩端刚度与持力层厚度和强度密切相关。

劲性钢管混凝土桩竖向受力实测与竖向受荷力学性能分析

介绍劲性钢管混凝土柱实测试验,并结合有限元分析对柱和栓钉在轴力作用下的力学性能进行分析,根据柱在竖向受荷的分析和实测比较,本文得到的一些结论可为后续工程设计优化提供参考。

成层土中竖向受荷桩沉降性状简化计算方法

基于应力泡形虚土桩模型和考虑桩土界面初始临界摩阻力的改进双曲线模型,提出了一种可以考虑桩端应力扩散效应和桩土界面初始临界摩阻力影响的竖向受荷单桩沉降简化计算方法.首先,利用该计算方法分析讨论了模型参数对单桩沉降的影响程度,并给出了合理的取值范围;其次,将用该计算方法得到的结果与现场实测数据对比分析,验证了本文计算方法的合理性,并进一步分析研究了不同桩顶荷载作用下竖向受荷桩的桩身压缩与桩端土体沉降所占比重关系、桩身轴力分布规律以及桩侧摩阻力发挥特性等.本文的计算方法参数明确,应用简便,可以为桩基础设计提供更为准确的沉降值,具有广泛的工程应用前景.

竖向受荷桩与支护后的顺层岩质边坡共同作用研究

为了更好地研究建筑桩基竖向荷载增加对边坡的不利影响,了解临坡建筑桩基的荷载传递情况,选取采用预应力锚索加格构梁支护后的顺层岩质边坡,通过研究建筑桩基竖向荷载增加对支护结构受力及坡体变形的影响,从而探究桩基竖向荷载增加对边坡的不利影响强度。采用FLAC3D有限差分软件在不设隔离层的情况下研究了支护后的顺层岩质边坡与建筑竖向受荷桩的共同作用,研究表明:格构梁所受剪力和锚索轴力均随桩基竖向荷载的增加而增大;格构梁所受剪力最大值出现在潜在滑面附近,相同荷载条件下,锚索距离坡脚越近,轴力越大,不同位置桩基荷载增加对锚索轴力的影响存在较大差异,当桩基穿越潜在滑面时,锚索轴力对桩基荷载增加较为敏感。

矩形桩竖向受荷三维弹性变分解

矩形桩作为一种典型的横截面非圆形桩,通常采用等效圆形桩的近似方法来分析,未能从理论上考虑桩-土相互作用。针对该问题,结合复变函数保角变换技术提出一种适用于竖向受荷矩形桩的三维弹性变分方法。基于最小势能原理和变分法获得桩位移函数和土竖向位移传递函数的控制微分方程,为克服土体位移传递函数求解域边界形状复杂的困难,应用保角变换将桩-土接触面的复杂边界形状转化为简单边界,并获得了桩位移函数的解析解及土体竖向位移函数的半解析解。使用MATLAB软件编制相应的分析程序,并将分析得到的结果与有限元分析及现有解答进行对比。最后,对影响桩沉降的主要因素进行参数分析。研究结果表明:所得解与有限元分析结果吻合得更好,证明了所提分析方法的正确性;摩擦桩量纲一化的桩顶刚度随桩-土模量比的增加逐渐减小,当桩的长细比增加到某数值时,其对桩顶刚度的影响可忽略不计,即摩擦桩存在有效桩长;相对于摩擦桩,当桩-土模量比较大时,其对端承桩的桩顶刚度影响较小,当端承桩长细比足够大时,可转化为摩擦桩;桩顶刚度随土体泊松比先减小后增加,间接表明其不仅受土体抗剪强度的影响,而且受土体压缩性能的影响;在相同混凝土用量下,当桩-土模量比较小时,与等横截面面积圆桩相比,矩形桩的桩顶刚度明显大于圆桩,当桩-土模量比超过某数值时,二者桩顶刚度逐渐趋于一致;当桩-土模量比较小时,等横截面面积矩形桩随横截面长宽比的增加,桩顶刚度增加。

混凝土芯水泥土复合桩竖向承载特性分析方法

基于Euler梁理论和状态空间法,建立了综合考虑非线性芯桩-水泥土-桩周土界面作用的双层叠合直梁分析模型及其状态方程,推导了成层土中不同组合形式的复合桩截面内力与变形的统一解析解,有效地考虑了复合桩分析中土与结构相互作用、结构局部参数发生变化等难点。通过与已有文献中现场试验和数值计算结果对比,验证了该方法的有效性,并讨论了桩径比、芯长比和水泥土弹性模量对桩承载特性的影响。研究结果表明:(1)桩径比增大,可提供的桩侧摩阻力和桩端阻力增大,复合桩竖向承载力基本呈线性增长;(2)芯长比增大,复合桩竖向承载力的增长幅度逐渐增大;(3)水泥土弹性模量对于桩竖向承载力影响较小。

软土地层中竖向分级堆载对桩基影响

软土层铁路桥梁桩顶有竖向荷载作用时容易产生竖向沉降与横向侧移,最终可能影响行车安全。因此,研究竖向受荷桩基力学性状对滨海桩基工程具有重大意义。设计竖向堆载的钢套箱模型及加载方案,在可门港填海工程地区进行大尺寸、大比例的桥桩现场竖向堆载试验。结果表明,承台在上部荷载的作用下,桩身的轴力随着上部荷载的增加,呈现出逐渐增长的趋势,四桩承台中的两个桩桩身靠近桩顶的位置由于承台的"套箍"作用,迎土侧受压,使得其产生负弯矩。可为可门港地区填海造陆工程设计和施工提供一定参考。

循环加载下X形桩竖向承载特性模型试验研究

实际工程中桩基经常受到各种动荷载作用,如高铁路基中的加固桩长期承受列车行车时产生的循环动荷载作用,桩基在循环荷载作用下的承载特性研究对动荷载下的工程设计至关重要。X形桩是一种在传统圆形截面桩基础上发展而来的新型异性桩技术,其承载机制不同于传统圆形截面桩。为了深入研究X形桩在循环荷载作用下的动力特性和荷载与沉降规律,开展了砂土中X形桩竖向循环加载大比尺模型试验。试验结果表明,随着循环加载的进行,X形桩顶产生累计沉降,且循环荷载比越大,加载频率越高,桩顶沉降越快;循环加载初期,X形桩顶动刚度降低,桩身轴力响应增大,桩侧摩阻力发生弱化,之后逐渐趋于稳定,且桩身下半段侧摩阻力较大;在同等加载条件下X形桩与等截面圆形桩相比,承受动荷载能力较强,桩侧摩阻力较大,长期循环加载作用下产生的累计位移较小。研究结果可为X形桩在动荷载作用下的工程设计提供参考依据。

坡顶荷载作用下废旧轮胎条带加筋边坡承载特性

为揭示废旧轮胎条带加筋边坡的承载特性,确定关键影响因素,开展坡顶竖向荷载作用下废旧轮胎条带加筋边坡承载特性模型试验与数值模拟分析,研究加筋层数、条带长度、间距等因素对边坡承载力、沉降与侧向变形的影响规律。结果表明:相比较自然填土边坡,废旧轮胎条带加筋边坡可有效改善边坡内部应力,增强加筋边坡的侧向约束效应,进而提高边坡的竖向受荷承载能力及边坡稳定性,提高幅度随加筋层数的增多而近似线性增大。随着条带长度的增加,加筋边坡的竖向承载能力得以提高,但当长宽比L/B≥4时,承载能力趋于稳定。废旧轮胎横向及竖向间距对加筋边坡极限承载力具有一定的影响,但提高幅度不显著,设计时可在合理控制范围内取较大间距。研究结果可为废旧轮胎条带在加筋土边坡中的工程应用与设计提供良好的借鉴意义。