用荷载传递法分析PTC管桩的抗拔性状

建立了PTC管桩的荷载传递模型,并对相关参数的选取与计算进行了探讨。采用VC++语言编写了用位移协调法计算此桩在上拔荷载作用下的P-S曲线及轴力的程序,计算值与实测值吻合良好,则表明此方法合理可行,在实际工程中可用来推算管桩的极限承载力,以达到替代或部分替代现场试验的目的。

基于扰动理论修正的桩-土接触面荷载传递模型及其应用

利用硬化模型、双曲线模型、指数模型以及软化模型模拟的桩-土接触关系存在参数取值困难、误差大的问题。为深入研究土-结构接触面的强度与变形机理,基于扰动理论,假定完整状态接触单元的抗剪强度服从线弹性模型,而扰动部位则服从塑性模型,建立修正的桩-土接触面荷载传递模型。该模型参数分析表明,参数k、η对模型τ-s曲线形态影响大,而参数τf、ζ对模型τ-s曲线形态影响很小;并通过大型桩-土接触面室内直剪试验,量化接触面上剪切应力与剪切位移的关联性,进一步确定修正桩-土接触模型内部计算参数。结果表明模型τ-s曲线与试验曲线吻合较好,验证了模型的合理性。扰动桩-土接触模型既能描述桩侧应变软化也能描述硬化特性,有助于理解复杂应力条件下桩-土接触面的强度计算与变形机理。

基于扰动状态概念的砂土-混凝土桩接触面荷载传递模型研究

基于扰动状态概念理论,考虑砂土密实度对扰动函数的影响,建立混凝土桩-砂土接触面荷载传递模型。用混凝土板表征桩侧粗糙度效应,采用大型直剪仪开展不同密实度的砂土-混凝土桩接触面力学行为的试验模拟,研究砂土密实度对混凝土桩-砂土接触面的力学特性的影响规律,分析接触面模型初始剪切系数、模型扰动参数(A和Z)对桩-砂土接触面荷载传递模型的作用机制。研究结果表明:1)混凝土桩-砂土接触面易呈现应变软化,在低法向应力条件下,混凝土桩-密砂接触面的应变软化程度最大。2)模型扰动参数Z在数值上近似等于孔隙比。模型扰动参数A越大,砂土与混凝土桩接触面的软化显著程度越大。参数A随着密实度增大而增大。随着法向应力增大,密砂的扰动参数A呈近似线性衰减,松砂和中密砂的扰动参数A近似呈双折线衰减。3)初始剪切系数k_s随着法向应力增大而增大,密实度越大,增速越快。4)基于扰动状态概念的桩-砂土接触面荷载传递模型可靠、参数的物理意义明确且易确定,能很好地表征桩-砂土接触面的应变软化及硬化等力学特征。

压力型锚索锚固段荷载传递特征及影响因素研究

为了研究土层压力型锚索锚固段的荷载传递特征及滑脱过程,在理论分析的基础上推导出压力型锚索在外荷载作用下的剪应力和轴力分布规律公式,详细分析了各影响因素对轴向力和剪应力的影响程度。研究结果表明:锚索锚固段的剪应力和轴力分布函数均为幂函数;剪应力和轴力大小及分布范围取决于锚固力,并与锚固体直径、锚固体弹性模量和泊松比、土的压缩模量和泊松比以及锚固体和土间界面的摩擦角有关;预应力锚索锚固段的最大剪应力位置仅与锚固体直径、土体性质、锚固体材料参数和半径有关;锚固体直径的大小对剪应力和轴力均有显著影响;在不同荷载作用下,锚固体界面剪应力的分布形式、范围和峰值位置均相同。现场原位试验结果表明:理论分析结果与工程实践结果吻合性较好。研究结果可为分析土体锚固工程的受力状态及优化设计提供依据。

艰险山区斜坡段挖井基础荷载传递特性分析

针对目前艰险山区斜坡段挖井基础承载力传递特性研究严重滞后的现状,依托乐业至望谟高速公路运赖特大桥左幅10#挖井基础工程实际,通过建立考虑桥墩-挖井基础-岩土体耦合作用的三维有限元模型,探讨了水平荷载和竖向荷载共同作用下斜坡段挖井基础的荷载-位移关系、轴力传递机制以及侧壁摩阻力和基底接触压力的变化规律。结果表明,水平荷载施加会使挖井基础顶面沉降增大,但不同水平荷载对基础顶面沉降影响较小;基础深度和侧壁摩阻力对挖井基础的轴力传递影响较大,同时基础轴力在基础端部还会出现骤减现象;水平荷载在2/3 L深度范围内对侧摩阻力的影响较大;侧摩阻力呈现双峰型分布,在基础端部还会出现一定的应力隆起情况;侧壁接触压力存在2个峰值,分别位于基础顶面与0.93L处。

桩土界面荷载传递函数的修正

土体的固结沉降计算对于桩侧负摩擦力具有较大影响.在非饱和土力学的框架下,基于桩土界面作用原理,根据湿陷性黄土的水力等效原理,计算出浸水等效后的荷载,之后考虑非饱和土固结特性,建立等效荷载作用下的孔隙气、液两相的控制方程,进而推导出排气阶段土体的沉降量计算.根据桩周土体沉降量与桩身轴力、负摩阻力之间的关系求得桩侧负摩阻力,并利用相关算例对该计算方法的合理性进行了验证.结果表明:该计算方法具有一定的可行性,丰富了桩基负摩阻力的计算模型,为桩基础负摩阻力的研究提供了新思路.

基于荷载传递法的桩基沉降计算与承载性能分析

地层由于土体颗粒结构疏松容易产生桩基成桩等质量问题,同时对桩基的承载性能也有较大影响。以自贡市富台家园项目为依托,针对现场两根试验桩开展桩基静载试验,结合理论分析方法,对地层中桩基承载性能进行研究。结果表明:现场两根桩的荷载-沉降曲线为陡降型,桩端与桩侧各自分担了部分荷载属于端承摩擦型桩。桩的极限承载力接近设计值,冗余量小,不利于结构安全,可以考虑固化地层或增加桩长。提出桩侧双折线模型和桩端双参数指数模型组成的桩基荷载-位移传递简化模型,采用MATLAB编程的迭代算法得到荷载-沉降曲线,发现理论计算值与试验实测值结果吻合度较高,表明此荷载-位移模型合理可行,可为类似地层的桩基承载性能研究提供参考。

基于荷载传递试验探讨预应力混凝土锚固区裂缝扩展

为研究长方形和圆形承压区域对后张预应力混凝土锚固区裂缝扩展的影响,分别对2种混凝土构件进行荷载传递试验。试验表明,随着荷载逐渐增加至破坏荷载,受拉荷载向受压区转移,无论是长方形或圆形承载面锚固区结构,承压区周围混凝土表面均出现由中心指向构件四角较粗的裂缝,粗裂缝的扩散角度约45°;试件的侧面微裂缝逐渐增宽,并且随外荷载的增加向锚固区截面高度1/2的位置扩展。

考虑桩基极限沉降深度的荷载传递模型的研究

荷载传递法广泛运用于基桩承载力和沉降分析。通过理论公式推导,在传统模型上考虑桩径的影响,并引入沉降计算深度概念,建立考虑桩基极限沉降深度的荷载传递模型,以此分析分层厚度(k)和应力比(η)对沉降计算精度的影响。研究发现:当桩端下土层压缩模量变小时,需要采用更小的分层厚度;应力比的设定对极限沉降深度计算有着明显的影响,若在实际工程应用中主要关注点为桩顶沉降,则根据压缩层压缩模量选取合适的应力比参数,若关注点为极限沉降深度,则尽量减小应力比取值。

基于荷载传递法的岩溶桩基稳定性评价方法

在岩溶地区修建桥梁时,溶洞顶板的稳定性直接关系到桥梁工程的安全,目前溶洞顶板稳定性评价中往往忽略桩侧摩阻力对桩基承载力的贡献,鉴于此,考虑桩侧摩阻力,提出基于荷载传递法的溶洞顶板稳定性评价方法。根据荷载传递法建立桩身单元力学平衡方程,采用数值迭代方法求得满足桩身位移连续与内力平衡的桩端阻力,通过与工程实测数据对比验证荷载传递计算方法的可行性;采用荷载传递法求得桩端阻力,考虑溶洞顶板自重,对溶洞的抗冲切、抗剪切和抗弯拉进行评价。实践表明:该工程溶洞顶板厚度虽然小于3倍桩径,但其顶板稳定性满足要求;岩溶区桥梁桩基嵌岩深度的确定和溶洞顶板稳定性评价需考虑桩侧摩阻力的贡献。

复杂场地变电站基础中预应力管桩荷载传递规律的有限元分析

在山区修建变电站等工程时,经常会遇到复杂场地基础的问题。倾斜软土地基是其中的一种特殊基础,具有独特的工程特性,给变电站的施工带来很大困难。为了研究复杂场地基础中预应力管桩的加固效果,指导预应力管桩设计。利用有限元软件建立了预应力管桩加固斜坡软土地基模型,研究了不同桩间距、桩长对路堤安全系数的影响,分析了预应力管桩的荷载传递规律、沉降以及路堤破坏机理。结果表明,在倾斜软土地基中设置预应力管桩,可以有效减少基础的变形,提高其稳定性;桩间距和桩长的改变对加固效果的影响显著,随着桩间距的减小和桩长的增加,倾斜软土地基变形逐渐减小,路堤安全系数逐渐增大;桩长应深入到嵌固层以下,过度减小桩间距后加固效果提高不大;路堤中部的桩基主要提供承载力,产生竖向位移较大,两侧的桩基主要提供抗滑力,产生横向位移较大;桩身轴力沿桩身先增大再减小,以软土层底面为分界线,上部桩身与下部桩身受剪应力相反,主要受力部位集中在桩端。在相关工程中,可根据需要合理设计预应力管桩的桩长、桩数和桩间距等参数,实现更加经济合理的加固方案。

柔性基础下等芯型水泥土复合桩荷载传递特性分析

为探讨柔性基础下等芯型水泥土复合桩的荷载传递规律,首先深入分析了它在竖向荷载作用时的受力变形模式,并基于试验研究成果,引入双指数函数型荷载传递模型刻画芯桩-水泥土界面的剪切软化过程,同时引入理想弹塑性荷载传递模型描述水泥土-土界面的剪切变形特性;然后将桩划分为若干个单元体,基于荷载传递法,建立了芯桩、水泥土桩、桩周土之间的荷载传递分析模型,导出了各部分单元体应力与变形计算递推公式;再采用迭代计算法,构建了芯桩、水泥土桩和桩周土的轴力、侧摩阻力以及界面相对位移的计算流程,从而提出了一种柔性基础下等芯型水泥土复合桩的荷载传递规律分析计算方法;最后,通过与现场试验结果和工程案例进行对比分析,验证了本文方法的可靠性,同时基于计算结果分析得到了柔性基础下等芯型水泥土复合桩的侧摩阻力和轴力分布规律.研究成果可为柔性基础下等芯型水泥土复合桩的工程设计提供参考.

多支盘锚杆的原型试验与荷载传递特征分析

多支盘锚杆是新近研发的新型锚固结构,与普通锚杆相比具有优良的工程特性。在多支盘锚杆室内模型试验研究的基础上,通过极限平衡理论推导出多支盘锚杆极限承载力理论计算公式,计算模型结果与室内实测数据基本一致,验证了计算公式的有效性。为了进一步掌握多支盘锚杆的荷载传递特性,开展了现场边坡锚固原型试验,利用现场多支盘锚杆拉拔测试所得数据研究了多支盘锚杆的支盘直径、支盘间距和支盘个数对多支盘锚杆极限承载力和变形控制能力的影响。试验结果表明:在粉质黏土中,当支盘间距大于等于4倍支盘直径时,可认为各支盘能独立工作,充分发挥多支盘锚杆的承载力;在相同条件下,与普通锚杆相比,随着多支盘锚杆的支盘直径从300 mm增大到500 mm以及支盘个数从1个增加到3个,多支盘锚杆的抗拔承载力提高非常明显,其变形控制能力也大幅度增强;多支盘锚杆的轴力传递曲线在支盘位置发生突变,呈陡降型,充分体现支盘在抗拔方面的贡献作用。该研究成果为多支盘锚杆的工程应用奠定了良好的理论基础。

高铁路基动力荷载传递规律研究

探明列车荷载激励下高速铁路路基结构振动特性和动力荷载传递规律具有重要意义。以云桂高速铁路工程为研究背景,采用现场试验、调研与数理统计和理论分析的方法研究列车荷载激励下路基内动态土压力、振动速度、振动加速度分布特征和传递规律,建立不同轨道型式高铁路基动荷载传递模型。结果表明路基振动荷载传递主要发生在基床结构层内,且基床结构型式和参数对改善振动荷载传递具有显著影响;高铁有砟轨道路基面动应力强度约为无砟轨道的3~5倍,但有砟轨道路基动应力随深度的衰减明显较无砟轨道快;采用双曲线函数可较好描述高速列车荷载激励下路基内动态土压力随深度衰减趋势。该研究可为高速铁路路基结构设计提供参考。

嵌岩桩荷载传递函数及非线性桩刚度确定方法

以桩基荷载传递理论为基础,结合杭州恒隆广场试桩静载荷试验数据,开展了深埋岩层钻孔灌注桩力学特性研究。分析了土层与岩层桩基侧阻力及岩层端阻力随荷载增加的演进过程和发展趋势,并建立了具有场地代表性的荷载传递函数组。研究表明,深埋岩层钻孔灌注桩适合采用荷载传递函数描述其单桩力学特性;通过选择合适的函数形式,可以根据试桩数据拟合得到同一场地不同岩土层的桩基荷载传递函数组;进而可建立不同位置、不同嵌岩深度桩基的桩顶荷载-位移曲线和桩顶荷载-桩刚度曲线。通过与实测结果对比,采用荷载传递法得到的桩刚度曲线与实测结果较为吻合,可用于计算群桩基础反力及嵌岩钻孔灌注桩的变刚度调平设计。

串珠状溶洞对超长桩基荷载传递特性的影响

为探究串珠状溶洞对超长桩基承载特性的影响,以广西某高速铁路项目兴业特大桥桩基建设为工程背景,采用有限元软件ABAQUS建立相应数值仿真模型,考虑4种不同溶洞数量、3种不同溶洞间距下的桩基下穿溶洞计算工况。结果表明:在溶洞的影响下,岩溶地基中的桩基与非岩溶地基中的桩基在轴力、侧摩阻力、应力分布等方面与常规桩基有显著差异。岩溶地基中的桩基荷载-位移曲线随荷载增大由线性发展转化为抛物线型;桩身轴力随深度的增加而减小,且在穿过溶洞区段其轴力保持不变;桩侧摩阻力受溶洞的影响而存在多个极值点,其位置一般位于溶洞上部一定区域。溶洞间距一定时,桩基的承载能力随溶洞数量的增加而降低,当溶洞数量一定时,桩基的承载力随着溶洞间距的减小而降低。

桥梁桩基穿越溶洞的荷载传递机制试验研究

为探明公路桥梁桩基穿越溶洞的荷载传递机制,开展了回填法处理溶洞时桩基荷载传递机制现场试验,结合数值仿真方法,研究了回填法处治溶洞时穿越不同高度溶洞的桩基竖向承载特性和荷载传递机制,提出了不同洞高下回填材料引起的桩侧负摩阻力最大值及其分布范围占比的变化规律。结果表明:岩溶区桩侧负摩阻力的产生受溶洞类型的影响,填充型溶洞桩侧土体沉降较小,可为桩基提供较小的正摩阻力;非填充型溶洞桩侧土体沉降较大,桩侧表面会产生负摩阻力;采用回填法处理溶洞后,穿越溶洞桥梁桩基的竖向极限承载力随洞高增加而逐渐减小;洞高由3 m增加至12 m时,桩基竖向极限承载力对应的桩侧负摩阻力分布范围占洞高的比例由0%增加至27.14%。建议在实际设计中采用回填法处理溶洞时,应考虑穿过溶洞桥梁桩基在溶洞范围产生的桩侧负摩阻力对桩基竖向承载特性的影响;洞高为3~12m时,建议在溶洞顶面以下0、0.106H、0.214H、0.271H(H为洞高)范围内按负摩阻力计算桩基承载能力,以确保溶洞处治后回填材料固结沉降期间桥梁桩基承载安全。

基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析

桩侧摩阻力是嵌岩桩承载力的重要组成部分,在提高嵌岩桩的竖向承载力中发挥着重要作用。为研究嵌岩桩的承载机理,以贵金古高速公路清池特大桥嵌岩桩承载力的现场监测为研究背景,分析了施工荷载作用下桩侧摩阻力的发展机理。基于嵌岩桩的桩-岩接触面的剪切特性,并经理论分析,推导了桩侧摩阻力与剪切位移的表达式。通过荷载传递理论,建立了嵌岩桩的荷载传递模型,利用Python实现四阶Runge-Kutta法求解该模型。工程桩的现场监测数据与计算结果吻合,表明了所建立的荷载传递模型的正确性以及计算方法的合理性,可用于研究嵌岩桩桩侧摩阻力的发挥机理。根据监测数据与荷载传递模型分析了不同施工荷载作用下剪切滑移阶段桩基截面轴力和剪切位移的特点。结果表明:施工荷载作用下,嵌岩桩的桩侧摩阻力由上到下逐渐发挥,承担了大部分施工荷载;当剪切位移达到极限剪切位移后,桩侧摩阻力逐渐保持稳定,施工荷载逐渐由桩端阻力承担;利用荷载传递模型计算的嵌岩桩截面轴力与和监测结果吻合,因此建立的荷载传递模型和计算方法具有实际的工程意义;计算的极限桩端阻力明显小于《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)计算的极限桩端阻力,这说明原设计的极限桩端阻力偏安全,需要进行合理的修正。

锤击预应力管桩内力测试及荷载传递试验研究

锤击预应力管桩桩身量测元件埋设难度大、成活率低,限制了通过现场试验对预制管桩桩基设计参数、桩基受力性能的深入研究。为解决这一难题,对比分析已有预制桩桩身量测元件埋设方法,针对锤击预应力管桩的成桩特点,提出一种新型应变计埋设工艺,并在某高速铁路路基工程中实施了6根试验桩(共188个应变计),成活率达到90%。结合桩基的静载试验,实测不同荷载水平下桩身内力沿深度的分布规律,并通过对桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力、桩周不同土层侧摩阻力的综合分析,研究深厚软土地基中预应力管桩的荷载传递特征。试验结果表明,工作荷载(1200 kN)下,桩侧摩阻力占95.6%,桩的受力特性表现为纯摩擦桩;桩身上部3层土(约31.4 m)桩侧摩阻均达到其各自极限值,中下部土层均远小于其极限摩阻力。

基于双界面滑移耦合的水泥土锚杆荷载传递模型

水泥土锚杆的承载过程伴随筋体—黏结体界面和黏结体—岩土体界面的黏结强度调动,界面剪应力的径向传播机制受到不同界面附近材料的应力和变形条件影响,对水泥土锚杆进行荷载传递分析需考虑双界面的剪切变形耦合。结合锚杆受力变形分析常用的荷载传递法和剪切位移法,将二者分别用于界面剪应力在锚杆轴向和径向引起的变形分析计算,考虑锚杆双界面的剪应力与剪切变形耦合,建立基于界面特性测试的水泥土锚杆双界面滑移耦合荷载传递分析模型。通过水泥土的材料性质试验及单元体尺度和模型试验尺度的水泥土锚杆拉拔试验,获得了模型的计算参数取值,并验证了模型对锚杆拉拔响应的预测能力。