大型梁式承台模型试验及跨中挠度简化计算方法研究

为了解大型梁式承台的力学性能,以某快速化改造工程的大型梁式承台为背景,按照缩尺比1∶10制作梁式承台模型进行力学性能试验,结合有限元计算,分析梁式承台结构受力、破坏模式、开裂情况等,并研究不同跨高比条件下梁式承台的受力特性。结果表明:在跨中荷载作用下,梁式承台受力大致可以分为线弹性阶段、裂缝发展阶段和屈服阶段3个阶段;线弹性阶段截面应力分布已不满足平截面假定,剪切效应对结构变形的影响不可忽略;模型最终破坏模式为弯曲破坏;裂缝主要表现为跨中弯曲裂缝和斜裂缝;跨高比越小,梁式承台剪切刚度越大。为考虑剪切效应对梁式承台变形的影响,拟合得出梁式承台跨中挠度的简化计算方法,将该方法计算值及规范计算值与试验值进行对比,可得在裂缝发展阶段,规范计算值与试验值偏差较大,所提方法计算值与试验值偏差较小,该方法可用于线弹性阶段及裂缝发展阶段梁式承台跨中挠度的初步估算。

大体积混凝土承台水化热分析与控制——以某产业园工程为例

为研究混凝土内部水化热分布情况,以某产业园工程大体积混凝土承台为研究对象,介绍了相关施工工艺和措施,并采用有限元软件建立三维仿真模型,研究了冷凝管的降温效果。结果表明:1)混凝土表面达到最高温度时的龄期约为2 d,之后降温较快,而混凝土中心区域在龄期范围为3~4 d时才达到峰值温度;2)在管内径为30 mm的管道中通入0.8 m/s的冷凝水时,冷凝管降温效果较好,混凝土内表温差均能控制在25℃以内,混凝土表面产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度;3)混凝土龄期2 d后宜在其表面加盖毛毡,延缓表面混凝土的降温速度,控制内外温差。

减小阻水效应的航道桥下部结构改造方案研究

以某航道桥改扩建工程为背景,创新性提出一套减小阻水效应的下部结构改造方案。通过将新浇筑承台设置于河床泥面以下,有效降低阻水比,同时提出楔形自锁连接结构,保障新浇筑承台与既有桩基以贯穿形式形成安全可靠连接。新浇筑承台完工后还将作为后续改造施工的作业平台,节省常规方法临时措施的成本。整套方案将改造需求与原桥特点充分结合,施工便捷,并具有良好的经济性。

桩帽连梁支撑式路堤土拱机理数值分析

上覆硬壳层缺失的深厚软土地基中基桩由于侧向约束薄弱和受压杆稳定影响存在失稳风险。桩帽连梁结构增加了地基承载力和稳定性,已逐步应用于实际工程中,但目前对于桩帽连梁支撑式路堤荷载传递机理和土拱效应相关的研究较少。通过ABAQUS大型有限元计算软件建立不同填土高度下桩帽连梁支撑式路堤三维简化模型,对桩帽连梁支撑式路堤的沉降变形特性、应力分布规律以及荷载传递机理等进行分析。结果表明,高填路堤桩帽顶、地梁顶以及桩间土顶之间的填土均存在差异沉降,桩间土与桩帽地梁之间以及地梁与桩帽之间均会形成土拱,最终填土荷载主要由桩帽承担。路堤填土竖向应力沿深度存在峰值点,峰值点以上的路堤应力分布与填土自重规律基本一致,峰值点以下的路堤应力沿深度递减,且峰值点高度略低于实际的等沉面高度。

桩基承台结构的波流力研究进展

我国近海风电场建设大多采用桩基承台结构.总结了不规则波浪和水流共同作用下桩基承台结构的波流力物理模型实验结果,得到了群桩效应系数及其变化规律,讨论了作用于近水面承台底部的波浪拍击力;从理论上分析了规则波作用下承台对桩基波浪力的影响;建立了规则波与桩基承台相互作用的数值模型,揭示了波浪在承台的上浪与爬高及其水动力特征.鉴于桩基承台结构包含多个斜桩和较大尺度的承台,在波浪与水流作用下该结构物附近的流场结构十分复杂,有必要针对结构附近的流动结构以及自由表面大变形开展细致的实验和数值模拟研究,以进一步揭示作用于这类结构的波流力变化规律及其机理.

苏通大桥主塔墩基础群桩效应研究

在苏通大桥主塔墩群桩基础与土体共同作用三维非线性有限元方法分析的基础上,研究了群桩效应对高桩承台底面受力与变形特性、基桩轴力分布、桩侧摩阻力、桩底土附加应力的影响以及桩数变化对群桩效率系数的影响,拟合得出了苏通大桥基桩轴力和群桩效率系数的计算方法.结果表明,在桩径和桩距一定的条件下,群桩效率系数的变化幅度随桩数的增加逐渐减小,并最终趋于定值.

变刚度调平布桩模式下筏底地基土承载性状研究

针对桩基变刚度调平设计方法进行了现场大型模型试验和具体工程实测跟踪分析,测量了变刚度调平布桩模式下筏底地基土反力,对比模型试验和工程实测结果分析了不同荷载级别下桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比规律。按变刚度调平原则进行设计的桩筏基础,主楼荷载向两侧裙房传递的范围约为裙房1.25跨左右,荷载扩散强度随裙房层数增多而增大。筏板边缘与中心点处土反力比值在1.89~1.23之间。相当于工作荷载时,筏板下地基土约分担总荷载的37.5%,并随荷载增大而提高。这说明变刚度调平设计将核心筒外围设计为复合桩基既合理又能有效地发挥桩和承台的承载作用,减小用桩量,还可最大限度减小差异沉降。

承台对单桩水平承载力影响的数值模拟分析

桩的水平承载力问题研究中通常忽略承台作用,传统理论分析方法难以考虑承台对单桩水平承载力的贡献,给分析结果造成较大的误差.而现场静载荷试验需要花费大量的时间和经费,已有试验资料较少,承台和桩一起试验的资料更少,难以分析承台对单桩水平承载力的影响程度.笔者采用ABAQUS大型有限元软件,对粘性土中水平受荷桩进行模拟,分析了承台面积大小、承台埋深以及垂直荷载对弹性长桩水平承载力的影响情况,得出了一些有价值的结果和结论.

带帽控沉疏桩复合地基性状规律数值分析

考虑带帽控沉疏桩复合地基力学性状规律的多种影响因素,采用非线性有限元方法,对带帽控沉疏桩复合地基力学性状进行了较深入的数值模拟分析,得到了带帽控沉疏桩复合地基力学性状的一些基本规律,为其理论研究、工程设计与施工提供有益参考。

“承台效应”的研究及典型工程事故浅析

针对当前设计中忽视、甚至于不考虑地基土承载的保守、传统的设计理念,和对当前现有的考虑地基土承载的代表性结论和现场实测、模型试验结果的综述,并通过对按变刚度调平概念设计进行布桩的大型模型试验筏底土反力结果的分析,初步总结了变刚度调平后筏底地基土反力的分布情况。并介绍了《建筑桩基技术规范》(征求意见稿)中关于“承台效应”的提法和考虑地基承载简化计算的修订情况。最后,通过典型的工程事故分析说明了忽视“承台效应”所引发的严重后果。

软土地区高承台管桩挤土效应试验分析

在地基回填基料缺乏的天津沿海港区建设中,首次采用了桩体"悬空"的高承台管桩基础,如何评价悬空管桩的受力变形特性是工程实践应用中的难题之一。针对软土地区实际工程中应用的PHC高承台管桩,进行了挤土效应现场测试系列试验。利用超静孔隙水压力和土体位移的现场监测结果,分析了软土地区产生该变化过程的原因,得到了沉桩引起的超静孔隙水压力消散规律以及土体位移变化特点。给出了高承台管桩在软土地区的应用性状,为同类PHC高承台管桩应用提供了参考。

广义Gibson地基中单桩-土-承台共同作用简化分析

基于广义Gibson地基中单桩桩顶支承刚度和地基土支承刚度,结合单桩与承台间等效相互作用系数,建立了单桩–土–承台共同作用方程,提出了广义Gibson地基中单桩–土–承台共同作用简化分析方法。算例分析表明:简化分析结果与有限元分析结果、Butterfield解之间具有良好的一致性,验证了简化分析方法的合理性。参数分析表明:当桩的长径比l/d≥30,且承台与桩的半径比n≤4时,承台分担荷载较小,承台对带台单桩基础整体支承刚度的影响可忽略不计;弹性模量增加系数kE对带台单桩基础性状的影响比较明显,基础整体支承刚度与kE近似成线性增加关系。

承台几何参数对高桩承台地震动水效应的影响

传统方法在计算承台动水效应时无法全面考虑承台复杂几何参数的影响,这往往会造成计算结果与实际情况之间的差异。本文采用基于势流体理论的数值模拟方法,建立了考虑结构-水相互作用承台动力特性分析模型,通过对矩形承台及带复杂倒角的承台大量的参数分析,研究了承台振动频率、倒角、几何尺寸,及入水深度对承台地震动水附加质量的影响。研究发现:承台自振频率会影响承台的附加质量,但其影响较小;承台长宽比或厚度的增加都会增大承台的附加质量;同时,承台倒角形式和大小对承台附加质量有明显影响,忽略倒角的影响,将放大承台的动水效应;承台入水深度的增加会引起承台动水附加质量的增大,但深度超过一定范围后,附加质量基本保持稳定。

基于离心模型试验的桩帽网结构路基桩端持力层效应研究

为了考察桩端持力层强度对桩帽网结构路基(地基)承载特性的影响,设计了4组不同桩端持力层状态的离心模型试验,测试了地基变形、加筋垫层拉力和路堤基底压力等数据。测试数据表明:①桩端持力层强度降低,地基由稳定向出现桩底明显刺入再到出现桩端持力层局部剪切破坏方面转化;②桩端持力层强度提高,地基变形减小,路基中心桩底刺入及地表沉降、坡脚地基水平变形均值与持力层承载力的关系曲线可用幂函数描述;③桩端持力层强度越高,桩体承载集中效应与桩间土承载减载效应越明显;④路基中心附近地表沉降与路基面覆盖范围筋带拉力均值间的关系曲线可用二次多项式描述,考虑了路堤横向滑移因素的筋带拉力计算值与实测较接近;⑤端承摩擦桩型的桩端持力层强度提高,筋带所受拉力减小;⑥布设袋装砂井,能加快地基的排水固结,提高桩端持力层承载力,增强地基稳定性。

群桩效应对砂土地基中高桩承台群桩基础抗震性能的影响

针对我国广泛使用的高桩承台群桩基础,基于一组砂土地基中桩柱式基础的抗震试验数据和分析模型,建立了合理的高桩承台群桩基础Pushover分析有限元模型,分别研究在峰值和极限状态时,不同桩基自由长度和不同砂土密度条件下,群桩效应对高桩承台群桩基础整体峰值抗力和变形模式、桩顶水平剪力分配、桩身截面弯矩分布、桩身水平变形和曲率分布的影响,并讨论自由长度和砂土密度对群桩效应的影响。结果表明:群桩效应使基础峰值抗力降低;使峰值状态时承台和桩身水平位移增加,承台转角减小,而对极限状态时承台和桩身水平位移以及承台转角的影响主要依赖于自由长度大小;群桩效应对桩基剪力分配的影响较小;群桩效应对桩身分布弯矩峰值影响较小,但是对弯矩沿桩身的分布和桩身分布曲率峰值影响很大,且这种影响对于后排桩最大,中排桩次之,前排桩最小,自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。

钢纤维高强混凝土三桩承台承载力影响因素分析

通过10个钢纤维高强混凝土三桩承台试验,结合对钢纤维高强混凝土三桩桩基承台受力性能的研究,对承台开裂荷载和极限承载力的主要影响因素混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度、配筋率及钢纤维类型进行了深入分析。研究表明:随着混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度的增加,三桩承台的承载力有明显的提高,同时配筋率和钢纤维类型对三桩承台承载力也有一定影响。研究成果对于建立钢纤维高强混凝土承台承载力计算公式,完善《纤维混凝土结构技术规程》具有重要意义。

低承台复合桩基承台分担荷载作用分析

分析了低承台复合桩基在竖向荷载作用下承台分担荷载作用、承台底土的强度和承台尺寸,以及桩长对分担作用的影响,从而得出承台不但本身可承担荷载,且承台的效应可提高桩基承载力,亦有节约资金之潜力.

路堤荷载下刚性桩复合地基桩帽效应分析

在分析路堤荷载作用下刚性桩复合地基中桩帽效应的基础上,通过理论分析、有限元计算、室内模型试验以及现场测试等方法,研究了桩帽以及桩帽尺寸的大小,对刚性桩复合地基中桩土分担比、加筋垫层的应力以及整体沉降特性等的影响.研究表明:桩帽的存在增加了桩顶与垫层之间的接触面积,起到均化桩顶集中力、减小桩顶向垫层刺入量的作用,使带帽刚性桩复合地基控制沉降的能力远好于不带帽刚性桩复合地基;桩帽尺寸逐渐增大,桩间土的应力明显减小,Q-S曲线由"陡降型"向"缓变形"转变,有助于带帽刚性桩复合地基整体承载力的发挥,从而提高了刚性桩复合地基的利用效率.

承台外区土阻力群桩效应及效应系数的有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法,对复合桩基承台外区土阻力群桩效应及其效应系数进行了研究,讨论了土类、桩长、桩距、桩数等对承台外区土阻力群桩效应及其群桩效应系数的影响,结果表明(1)承台外区土阻力随承台宽与桩长之比 (B/L)的增大而增大,但增幅不大;随桩距S增大而增大;受桩数n的影响不大。(2)承台外区群桩效应系数随B/L增大几乎无变化;随S增大而增大;不随n变化而变化。(3)承台外区群桩效应系数与土类有关。

承台底土阻力群桩效应系数有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法,对复合桩基承台底土阻力群桩效应系数进行了分析;根据分析,编制了相应的有限元程序;应用该程序研究了承台宽与桩长之比、桩距、桩数、土类等对承台底土阻力群桩效应系数的影响。结果表明,(1)承台底土阻力及其群桩效应系数随承台宽与桩长之比、桩距增大而增大,随桩数增多而减小;(2)承台底土阻力群桩效应系数与土类有关。