桩基承载性状分析的有限元-荷载传递联合法

提出了一种将有限元法和荷载传递法结合起来的桩基分析方法—有限元—荷载传递联合法。该法采用通用有限元程序ABAQUS实现了桩基竖向承载性状的计算分析。该法能非常简单地变化材料的本构关系和桩侧荷载传递函数。算例表明该方法计算结果可靠。对做过单桩静载试验得出单桩荷载传递规律的群桩,采用本文方法具有明显的优越性。

基于修正荷载传递法的嵌岩灌注桩轴向承载有限元模拟方法

总结并分析了嵌岩灌注桩轴向承载有限元模拟中常用的4种桩岩接触界面模型,基于其中运用最广泛、效果最好的双曲线型荷载传递模型,根据厚壁圆筒的弹性理论解和Patton(1966)关于规则粗糙起伏无填充物的岩石结构面抗剪强度理论研究,对传统双曲线荷载传递模型进行修正,以解决其参数难选取的问题。并对有限元软件Abaqus进行基于修正荷载传递法的FRIC子程序二次开发,提出嵌岩灌注桩"荷载传递-有限元"联合模型。运用联合模型对比分析了嵌岩灌注桩原位轴向静载荷试验,结果表明联合模型反映的承载性状和荷载传递机理与现场实测吻合良好。

倾斜荷载下基桩的改进有限元——有限层分析方法

提出地基加权刚度的概念,对现有有限元有限层法进行改进,用以分析计算倾斜荷载下基桩的受力变形特性,可考虑地基土成层与非均匀性等因素的影响,并能近似考虑地基土的非线性特征及桩身PΔ效应,工程应用结果表明,效果良好。

用三维有限元法对超长单桩桩端承载力的研究

基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS对超长单桩的桩端承载性状进行了分析研究,具体分析了桩长、桩径、土性等因素对桩端承载力的影响。结果表明,桩长越长,桩端承载力越高;桩径越大,相应桩端单位面积承载力越低;土的弹性模量和内摩擦角对桩端承载力均有较大的影响,而凝聚力则影响较小。同时,也分析了桩侧摩阻力对桩端阻力的影响即桩侧摩阻力对桩端阻力有提高作用。

用三维有限元法对超长单桩承载性能的研究

为了研究超长单桩与普通单桩承载性能的异同,基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS,对均匀土中超长单桩的承载性状进行了分析研究。具体分析了桩长、桩径对超长大直径桩承载性能的影响,桩长越长,单桩极限承载力越高,同样荷载条件下桩顶位移越小,但这种提高的趋势变缓;桩径越大,相应桩的极限承载力越低;桩顶荷载位移曲线基本呈缓变型。桩身压缩量随桩长增加而增加,随荷载增加的变化基本上呈线性变化,但是桩长越长,这种变化表现出非线性,即桩身压缩量随桩顶荷载增加的趋势变大。

路堤荷载下联合管桩加固复合地基桩-土应力比和沉降分析

联合管桩加固复合地基是目前处理浅层超软土加固的有效措施之一。为探讨管桩复合地基对浅层超软土层固化效果、分析地基沉降演变规律,结合荷载传递法理论,建立联合管桩加固复合地基的理论计算方法,考虑应力、沉降变形连续性等因素对浅层超软土加固效果的影响。利用有限元软件将下卧层、柱间土、基桩、固化层和路堤填料作为一个模块,将模拟数据及理论计算结果与某地区现场加固复合地基监测试验数据进行对比,分析所建模型和理论的可靠性和精确度。研究结果表明:在路堤荷载下,管桩复合地基加固浅层超软土的效果显著,其桩基的承载性能得到充分发挥;随就地加固层弹性模量的增加,桩-土应力比呈线性增长趋势;为充分发挥加固材料性能,水泥掺量设定低于11%的固化剂用量;在浅层超软土加固模量递增趋势下,桩体中性点位置(0.12~0.45)也呈增大现象。

热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法及工作特性研究

能量桩在正常服役过程受热-力耦合作用,其荷载传递特征将发生改变,但现有能量桩承载特性的理论方法尚不够完善.为研究热-力耦合作用下能量桩单桩承载特性,考虑温度对荷载传递函数的影响,提出基于荷载传递法和能量平衡原理的热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法,通过迭代求解得到任意荷载-温度组合作用下桩身内力和位移,将计算结果与试验结果进行对比,结果较吻合.研究结果表明:温度作用会影响桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律.对不同桩顶荷载水平下的桩顶沉降值进行分析,在荷载-升温/降温工况下,当桩顶荷载水平较低时(≤25%Pu,Pu为极限荷载),温度变化对桩顶沉降幅度影响显著,桩顶沉降幅度可达到55%(25%Pu);尤其荷载-降温工况下,当桩顶荷载水平超过75%Pu时,桩顶沉降量临近极限值,此时需特别注意桩基承载性能.

基于荷载传递法的单桩沉降解析解

针对轴向荷载作用下的单桩工作特性,基于荷载传递法,采用了描述桩-土相互作用特性的双折线荷载传递函数,得到了针对桩-土变形全过程的单桩荷载-沉降关系解析解.利用该解析解,计算了具体案例,讨论了模型参数的取值范围,计算结果与实验曲线吻合较好.结果表明,本文方法能较好地描述单桩荷载传递过程,根据静载实验获得的具体参数,计算轴向荷载作用下单桩荷载-沉降关系,并估算单桩的承载力,为桩基础设计提供参考依据.

粉喷桩复合地基附加应力的Boussinesq-Mindlin联合解法

粉喷桩复合地基常用的沉降计算方法精度较低,主要原因是附加应力计算方法不合理。针对粉喷桩桩身荷载传递规律及其受力特点,提出采用Boussinesq解和Mindlin解联合求解的方法计算附加应力场,推导了相应的计算公式,并进行了多种计算方法对比分析了加固区和下卧层附加应力分布特点。计算结果表明,提出的联合求解法计算精度高,合理可行。

钢纤维混凝土结构非线性有限元分析方法研究

根据钢纤维混凝土结构的特点,对其非线性有限元分析方法进行了研究。分析中重点解决各材料的本构关系的确定及钢纤维作用的有限元模拟方法两个问题。钢纤维的对结构的影响可以通过修正混凝土的本构关系、单元等效力筋法及整体等效力筋法来实现,其中单元等效力筋法可模拟钢纤维与混凝土间的黏结与滑移,但计算量大且程序不易收敛。此外,将有限元分析结果与已有的试验结果进行了比较,结果表明采用研究确定的有限元分析方法所得的混凝土及钢筋的应力分布、裂缝分布状况及荷载位移曲线与试验结果较接近,精度较高,可为钢纤维混凝土结构受力性能分析研究提供一定的参考。

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

基于桩土界面荷载传递的荷载-沉降曲线转化研究

自锚试验是一种新型检测桩基承载力的方法,为了探讨自锚试验中基桩的荷载-沉降(Q-s)曲线与静载试验的差异,实现自锚试验向静载试验结果的转化,通过室内模型试验与数值模拟分析研究,结果表明自锚试验中基桩的沉降量小于静载试验,桩端阻力提前发挥,极限承载力较大;两种试验中基桩极限承载力的比值及Q-s曲线弹性斜率的比值均与基桩锚固深度呈指数关系。最后,基于实测数据的地基土参数分析,提出对数荷载传递模型,利用迭代算法求解基桩承载性状,经室内试验验证,桩土界面荷载传递法可实现基桩Q-s曲线向静载试验结果的转化。该研究成果可为自锚试验基桩的承载力检测提供有益的参考。

竖向荷载作用下螺杆桩荷载沉降函数解及有限元分析

基于常用的双折线荷载传递函数,本文导出了螺杆单桩的轴向荷载-沉降曲线的显式解,并且建立ansys有限元模型进行对比计算,再结合已有的螺杆桩静载试验P-S曲线进行对比,表明本文公式及有限元模型求解螺杆桩P-S曲线的可行性.并可以根据S-logP法判定螺杆桩的极限承载力,为螺杆单桩提供合理的承载力设计值.

顶拉抗拔桩轴向荷载-位移曲线的解析拟合方法

针对顶拉抗拔桩试验的数据处理问题,采用荷载传递解析法和实测数据拟合,提出一种顶拉抗拔桩轴向荷载-位移曲线的解析拟合方法。该方法首先假定桩侧土符合双折线硬化模型,推导出一组顶拉抗拔桩在轴向荷载作用下荷载-位移曲线的解析解;然后通过实测数据,对桩侧土的传递函数曲线进行拟合,得到抗剪刚度系数、弹性极限位移等计算参数;最后利用解析解得到完整的顶拉抗拔桩荷载-位移曲线。将该解析拟合方法的计算荷载-位移曲线与实测曲线比较,两者的吻合度较高。该方法能够准确地反映顶拉抗拔桩在轴向荷载作用下的荷载-位移特性,也可用于计算层状地基中顶拉抗拔桩的荷载-位移曲线;与荷载传递位移协调法相比,无须实测各土层的传递函数,计算更加简单快捷。该方法为预测同场地不同桩径、桩长的桩基性状提供了一种理论计算手段。

移动荷载作用下层状横观各向同性饱和土中排桩的隔振效应

利用有限元-边界元耦合法评估了移动荷载下层状横观各向同性饱和土体中排桩的隔振效果。利用有限元法将排桩离散成单桩以及桩单元,基于Bernoulli-Euler梁理论得到桩的有限元矩阵方程;在桩-土边界,土体单元与桩单元进行了等节点离散,并以层状饱和地基的解析层元基本解作为核函数,利用边界积分法得到桩-土界面处地基的柔度矩阵;基于两阶段理论,将侧摩阻力响应与移动荷载直接引起的振动进行耦合,结合边界元法得到饱和地基的边界元方程;考虑Bernoulli-Euler梁和土体之间不发生相对滑移和脱开的位移协调条件,耦合有限元和边界元方程,得到排桩的动力响应方程;计算有无排桩隔振下某一观测点的位移,即可结合隔振理论分析排桩的隔振效率。在验证所提方法准确性的基础上,分析了桩长、桩身刚度、移动荷载速度以及横观各向同性参数对排桩隔振效应的影响。结果表明:最优桩长约等于2倍瑞利波长,超过该值隔振效果提高不大;桩与地基的刚度差越大,隔振效果越好;荷载速度超过剪切波速,桩基隔振表现反而更好。

单桩沉降计算的荷载传递法讨论

在对现有的单桩沉降计算的荷载传递法进行了详细讨论的基础上，着重对荷载传递法在桩－土滑移、桩端沉降计算等问题处理上，提出了新的看法，并对荷载传递法进行了改进。

真空联合堆载预压下排水板间距对软基固结效果有限元分析

本文以广佛江快速通道新会会城至崖门段软基处理工程作为研究对象,着重探究了排水板间距对软基处理效果的影响。根据实际工程条件,采用MIDAS软件建立了使用真空-堆载联合预压法进行软基处理的有限元模型,考虑了0.8 m、1.0 m和1.2 m三种排水板间距对处理效果的影响。计算结果表明:真空联合堆载预压下竖向沉降最大值位于加固区地表中心处,且竖向沉降值随土体向两边的延伸以及深度的增大呈递减趋势。此外,土体的最终沉降量随着排水板间距的增大而减小,且减小速率随着排水板间距的增大而降低。基于计算结果,综合考虑处理成本和固结效果后,本工程采取软基处理时选取的排水板间距为1.0 m。本文所建立的有限元模型能较好地模拟真空-堆载联合预压法对软土地基的固结效果,可为实际工程提供设计指导。

超长桩单桩荷载传递刚度法函数解分析

荷载传递是超长桩工作特性的重要内容。建立并拟合分析桩土传递的函数模型,分析了桩侧土剪切模量、桩身混凝土模量、长径比、桩长和桩径等不同参数对超长桩承载性能的影响,运用有限元分析软件通过计算实例分别分析了桩长、桩径、土体粘聚力c值、桩侧土体刚度、桩端土体刚度对桩基承载性能的影响程度。

基于双曲线模型的抗拔桩荷载传递分析方法研究

实际工程中,建筑物并不总是产生沉降,当受到地下水浮力、地震荷载以及风荷载时,建筑物也可能产生向上移动的趋势,承受上拔荷载的抗拔桩就是用来抵抗这部分作用力的有效方法之一。然而相对于抗压桩而言,目前关于抗拔桩的研究不够深入。该文将荷载传递法应用到抗拔桩的变形分析,即建立了基于双曲线模型的荷载传递方程,应用边界条件、连续性条件推导出抗拔桩的荷载-位移关系式。

基于荷载-结构法的某铁路浅埋隧道顶部超载影响分析

针对已投入运营的某浅埋铁路隧道的跨度大(双线铁路)、地质条件差(Ⅵ级围岩)、堆载量大(最大增加填土高度约12 m)的特点,应用MIDAS/GTS岩土与隧道结构分析软件,建立了基于荷载-结构法的有限元模型,分析顶部超载对该隧道衬砌结构的影响,以指导制定确保铁路运营安全的有效措施。