黄土地基阶梯型截面桩承载模型试验与计算

为研究黄土地基阶梯型截面桩的荷载传递机理,通过室内模型试验与有限元计算,分析阶梯型截面桩竖向静荷载下的桩身轴力、桩侧摩阻力、桩顶沉降和桩身不同深度荷载分担比,并探索了变径比对其工作性能的影响,并对其进行优化设计。结果表明:在相同荷载下,阶梯型截面桩的桩顶沉降明显小于等截面桩,当变径比在0.8~0.9时,沉降控制效果最佳,其材料利用率最高;若二者极限承载力相同时,阶梯型截面桩的最高材料利用率为等截面桩的1.06倍。阶梯型截面桩为摩擦型桩,变截面位置土体对桩体具有支承作用,其变径处底面土体能承担部分桩顶荷载。桩侧能够分担更多桩顶荷载,减轻桩端土体承载,当变径比在0.8~0.9时,侧摩阻力发挥程度更高。在桩体用料相同时,与等截面桩相比,阶梯型截面桩能大幅度提高承载能力。

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。

大直径阶梯型变截面桩水平承载特性数值模拟研究

大直径阶梯型变截面桩的工作机理和力学特性不同于一般桩基,为研究其在水平荷载作用下的受力特性,采用ANSYS软件建立大直径阶梯型变截面桩的有限元模型,进行单桩水平承载特性数值模拟分析,并将计算结果与理论数值分析结果进行对比分析。结果表明:有限元计算和理论公式计算结果吻合较好;理论公式计算过程较复杂,通过在有限元模型中变化桩基参数来分析桩基受力,不仅能减少理论公式计算难度,且能分析影响桩基受力的参数,研究成果为阶梯型变截面桩基的设计提供一定指导和参考依据。

新型变截面桩性能初探

新型变截面桩为上方下圆的结构形式,对新型变截面桩模型解析,便于确定新型变截面桩的形状和空间位置。分析变截面桩的截面变化段与上下部分的连贯性,有效地从圆形截面过渡到方形截面。利用ABAQUS有限元分析软件,分析新型组合桩桩型与普通实心方桩的抗剪承载性能,比较不同剪跨比对新型组合桩抗剪承载性能的影响。结果表明,采用新型组合桩能可靠地将管桩转变为方桩,剪跨比对新型组合桩影响较大。

土工格室+阶梯型变截面及等截面桩复合地基承载性状对比研究

利用FLAC^(3D)数值仿真软件,建立土工格室-桩-桩周土相互作用数值仿真模型,对比分析土工格室+阶梯型变截面桩复合地基与土工格室+等截面桩复合地基的承载性状。研究结果表明:土工格室+阶梯型变截面桩复合地基的桩体平均沉降、土体平均沉降及桩土平均沉降均小于土工格室+等截面桩复合地基。

一种变截面桩的对比试验研究

主要研究了锥形桩在竖向桩顶加荷方式下竖向极限承载力,桩侧摩阻力及桩端阻力的发展规律,并与同条件下等截面桩进行对比来分析其经济效果.

变截面桩加固海相软土研究

以宁波轨道交通1号线天童庄车辆段海相软土地基变截面水泥土搅拌桩应用为背景,在变截面桩相关研究的基础上,结合工程中采用的变截面水泥土搅拌桩相关试验,通过将轴对称单桩复合地基数值分析的结果与现场静载试验结果进行对比分析,证明了变截面桩在海相软土地区的适用性,以及设计研究所采用的技术参数、施工应注意的事项等。

等截面桩与扩底桩抗拔承载特性数值分析研究

建立了等截面桩与扩底桩的抗拔分析模型。采用直接约束处理的接触算法与库仑摩擦模型来模拟桩-土界面,土体选用抛物线型Mohr-Coulomb本构模型。通过程序的二次开发,实现初始应力场的合理计算,并采用位移边界对扩底抗拔桩的上拔过程进行动态的非线性有限元模拟。以现场足尺试验中的试桩为数值分析对象,通过调整计算参数使计算得到荷载-位移关系曲线与试验结果拟合接近,来验证数值模型的正确性并确定计算参数。在此基础上,研究了上拔过程中轴力、侧摩阻力的大小与分布、桩身与扩大头附近土体变形与塑性区的发展规律。数值分析加深了对扩底桩抗拔承载特性的进一步认识。

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.

等截面桩的抗拔机理研究

本文通过有限元计算分析 ,对等截面桩在抗拔情况下作用机理进行了研究 ,并与抗压情况下作用机理进行了比较。在分析了桩土荷载传递规律、桩侧阻力变化规律、桩侧压力变化规律、土中位移变化规律后 ,得出了抗拔桩具有“越拉越松” ,而抗压桩具有“越压越紧”

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。

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。