轴向荷载对斜桩水平承载特性影响试验及理论研究

斜群桩受水平荷载作用时,群桩中的基桩受到径向荷载、轴向荷载和弯矩的共同作用。为研究轴向荷载对斜桩水平承载特性的影响,完成了3根单桩以及1组1×2斜桩的大尺寸模型试验。试验结果表明:轴向拉力作用会降低斜桩的水平刚度和极限承载力;而轴向压力作用则会使其水平刚度和极限承载力提高。基于桩侧浅层土体楔形破坏假定,推导了考虑轴向荷载影响的斜桩水平极限土抗力计算公式,提出了桩侧土抗力的p-y曲线方法,并通过模型试验及现场试验验证其合理性。

水平地震作用下考虑轴向力作用的桩间动力相互作用因子

在N.Markris和G.Gazetas工作的基础上,考虑水平地震作用下桩受轴向力作用,利用梁的动力微分方程,求解桩间动力相互作用因子的简化计算方法。通过分析表明,在轴向力作用较大的情况下,动力相互作用因子的影响较为明显。在对所得结果与前人工作结果比较的基础上,提出考虑轴向力作用时的影响因素,包括桩土之间的弹性模量之比、无量纲频率及桩距等。算例表明,这一方法具有更可靠的计算精度。

分层地基中考虑轴向力影响下的单桩水平振动

基于桩基的动力Winkler梁理论,利用传递矩阵法,导出了分层地基中单桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达;应用本文方法不仅可以较精确地求得基桩的各项动力阻抗,还可方便得到桩身的动内力反应。实例计算表明,动力条件下,桩顶轴向力的引入会增大桩顶的变位幅值,即减低了土的阻抗作用;土的振动阻尼参与使得基桩的受力较静力分析时复杂,不考虑频率作用下的静态桩身内力可能会偏于设计中的不安全。

水平荷载作用下嵌岩正斜桩受力变形研究

竖直桩在受到水平荷载后,桩顶会朝着荷载方向倾斜或者由于施工等其他因素而形成正斜桩,然而目前缺乏对水平荷载作用下嵌岩正斜桩受力变形的研究。文中采用有限元数值模拟研究在水平荷载作用下,倾斜角度为0°、10°、20°、30°的正斜桩的桩身水平位移、桩身弯矩与桩身剪力的变化规律,揭示桩身倾斜角度对桩身水平承载性能的影响。结果表明:水平荷载作用下,嵌岩正斜桩的桩身最大水平位移、最大弯矩都随倾斜角增大而减小。桩身最大弯矩出现在距离桩顶1/2H(土层厚度)处,并且大约在该处出现剪力极值。因此,增加水平受荷嵌岩桩桩身上半部刚度可以有效提高水平受荷桩的承载力。

砂土地基斜桩水平承载特性p-y曲线法

基于Reese建议的砂土p-y曲线,提出了适用于斜桩水平承载特性分析的修正p-y曲线及相应的有限元分析方法。根据桩前土体受力特点,假设桩前浅层土体达到极限破坏状态时桩侧被动破坏区为一个三维楔形体,采用极限平衡分析方法导出了斜桩桩侧极限土抗力表达式,对比研究了斜桩倾角、桩-土界面摩擦系数等因素对极限土抗力的影响规律,并给出了斜桩初始地基反力模量确定方法。在此基础上,修正Reese提出的直桩p-y曲线,提出了砂土地基中斜桩p-y曲线确定方法。利用虚功原理,导出了斜桩水平承载特性分析的有限单元列式,编制相应的分析程序,通过算例验证了方法的合理性和有效性。最后,采用修正的p-y曲线法对一离心机模型试验进行了模拟分析,结果表明,计算与试验结果吻合得很好。

考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。

海上钢管桩水平承载力试验分析

本文结合上海近海风电场工程大直径钢管混凝桩水平静载试验，采用单向单循环法测试了直桩、正反斜桩的水平承载力及变位情况。本文在海上试验环境基本相似的情况下，深入分析了正反斜桩的承载性能差异，结果表明正反斜桩水平承载力的比值在1．10～1．22范围内；探讨了试桩桩身弯矩，发现其呈抛物线型，最大弯矩出现在泥面下2．5～3．5m范围内；研究了三种桩型桩侧七抗力的分布，结果表明正斜桩泥面下的桩侧土抗力要明显大于反斜桩和直桩；探讨了q-y曲线的特性，结果表明泥面下土层中试桩的q—y曲线在桩侧水平位移小于20mm时，几乎为线性，当桩侧水甲位移大于20mm时，直桩的q—y曲线呈现出明显地非线性变化。上述结论为该电场工程底部大型桩基设计提供了有益的参考。

倾斜桩的竖向承载力理论计算探讨

现行桩基验收规程对桩的竖向倾斜率要求控制在1%以内,但对超出这一标准的斜桩的竖向承载力却未给出计算方法,文中尝试探讨斜桩竖向承载力的理论计算方法。

杭州大剧院斜桩设计与施工

斜桩在桥梁、码头、送电铁塔等工程桩基中经常使用,但一般工业与民用建筑中则很少采用,其原因是依靠承台埋深大多可以解决水平力问题.目前大跨度屋盖结构已广泛应用于机场、体育场馆、文体活动中心以及展览馆等公共建筑,其屋盖往往采用拱形结构,故支座处会产生很大的水平推力,依靠承台埋深无法解决.若采用一般竖直桩,又由于水平承载力相对较小,桩数多,承台大,费用高,而采用斜桩可以很好解决上述问题.

斜桩在大型皮带机工程中的应用设计

近年来,大型皮带机在港口、散货运输中的广泛应用为结构设计提出了新问题,皮带机的运行,尤其是启动和制动导致皮带机基础承担较大的水平荷载。若采用传统结构中的垂直基桩抵抗水平荷载,需要基桩的数量较多,不经济。通过在设计中应用二维桩结构线性弹性地基反力法的计算理论,为斜桩承担皮带机的水平力提供理论计算支持,实现了设计应用技术上的创新。采用斜桩和直桩相结合的设计方案较好地解决了问题,并且可以缩短施工工期、节约工程造价。

钻孔灌注桩斜桩施工技术研究

机场、体育场馆、文体活动中心以及展览馆等大跨度公共建筑,有不少屋盖采用拱形结构,故支座处会产生很大的水平推力,仅依靠承台埋深无法解决,若采用一般竖直桩,又由于水平承载力相对较小,桩数多,费用高。而斜桩一般在相同荷载作用下,承受比竖桩更大的轴向力,横向力则减小;且斜桩的单桩承载力比竖桩大。所以,利用斜桩可以减少横向荷载引起的剪力和弯矩,充分发挥桩的轴向受压能力,可以很好地解决上述问题。

桩基静载实验反力装置研制

在静载实验中,荷载一般由反力装置提供,反力装置的易用程度直接影响着实验的过程和结果。因此,根据实际工程需要选用合适的反力装置显得尤为重要。对于小吨位(2000kN以内)实验的小桩或复合地基,现在常用锚杆反力梁装置,地锚根据螺旋钻受力方向的不同可分为斜拉式和竖直式,斜拉式中的螺旋钻受土的竖向阻力和水平阻力,竖直式中的螺旋钻只受土的竖向阻力。两种装置如图1所示。

用修正偏心压力法分析群桩桩顶反力

本文根据桩顶与承台刚性连接的实际,引入抗弯修正系数来考虑桩顶弯矩的影响,偏心压力公式不能计及水平力的影响。本文把水平力的影响视为等效附加荷载的作用,对荷载进行修正,然后借用常见偏心受压公式求解桩顶反力。本文方法方便简明,并有较高精度。

砂和粘土中的刚性桩在偏心和斜荷载作用下的运动特性

本文作者系加拿大诺伐斯考西技术大学教授,他们对单独的刚性实体竖直模型桩以及桩群在轴向荷载、水平荷载以及偏、斜荷载作用下的运动特性进行了实验研究。土壤的竖直和水平抗力系数(原文称作割线系数)可以依据单桩在砂和粘土中的位移情况应用弹性理论的关系式求得。实验发现,荷载偏心距的变化会导致砂类土发生各向异性的变化。本报告把由桩的试验获得的砂和粘土的抗力系数值与实验室平板承载试验获得的值作了对比。砂的竖直抗力系数E_v与水平抗力系数E_h之比与别的研究报告提出的三轴向试验结果的值颇为一致。粘土的抗力系数与不排水剪切强度之比亦在其他来源提供的比值范围之内。桩群对桩的运动特性的影响,即群桩的运动效应,可以试验确定的位移比和转动比的分析得到。这些比值与沃达(Oda)1972年的实验值作了对比。在砂类土中进行的桩的试验表明桩的安置方法和土壤密度对位移比和转动比有很大的影响。

某高桩码头断桩现象分析

介绍某高桩码头靠岸侧斜桩在桩帽处断桩现象,分析认为在斜桩轴向力的水平分力作用下,斜桩与桩帽的连接强度不足是断桩主要原因,软土地基、施工质量和堆场超载也是断桩原因,建议桩的结构计算时要进行斜桩与桩帽或横梁连接计算。

大跨度下基坑支护结构体系受力及变形分析

以中国科学院临床研究医院为工程背景,采用排桩与斜支撑相结合的支护体系,运用ABAQUS有限元软件建立本构模型,重点分析医院基坑施工过程中桩顶水平位移与斜支撑轴力的变化规律,并改变其斜支撑间距,分析对其造成的影响。首先模拟得到桩顶水平位移与斜支撑轴力,发现桩顶水平位移与斜支撑轴力均随着基坑开挖深度的增大而增大,最大值均发生在基坑开挖深度10 m处,桩顶水平位移的最大值为24.13 mm,斜支撑轴力最大值为600.85 kN,均未超过预警值;再对比现场监测数据,发现两者变化规律基本一致,验证了数值分析的有效性;最后改变其斜支撑间距,分别设置为6、8、10 m,并与原斜支撑间距进行对比,通过分析,发现原工程方案斜支撑间距设置最为合理。

钻柱与实钻水平井眼接触形态及摩阻影响分析

水平井钻进过程中,地层结构、钻具振动、钻头侧向力、岩屑沉积等因素易导致实钻井眼轨迹发生连续小幅偏斜。该种偏斜虽不会引起实钻井眼轨迹的严重偏离,但将改变钻柱与井壁的接触形态。受现有测井方法的限制,该种偏斜常被忽略。通过理论分析与仿真,研究水平段井眼轨迹在井斜平面内连续小幅偏斜波动条件下的钻柱与井壁接触形态及其对摩阻的影响。研究认为,钻柱与偏斜波动水平井眼间易发生"悬跨"接触,该现象降低了现有解析法求解钻柱力学相关问题假设条件"钻柱与井壁连续接触"的合理性。钻柱自重和轴向力对悬跨钻柱弯曲位移及悬跨接触最大临界跨距的影响最大。悬跨接触将减小钻柱与井壁的接触面积、增大钻进摩阻。

建筑桩基抵抗水平力分体系的概念设计

从低桩承台、高桩承台的概念理解入手,结合桩基抵抗地震水平力的机理,分析桩基在水平力作用下的侧向变形及失稳的原因,阐述由桩、土分担水平力的核心问题,提出建筑桩基抵抗水平力分体系的系统设计思路,提出由承台或地下室的侧面土层的土压力及摩阻力承担,由斜桩的轴向力承担,由桩的抗剪及抗弯能力承担,由承台、地下墙体、基桩协同工作和土的弹性抗力承担四种分体系。