厚砂层地基中“桥建合一”桩基动力特性振动台试验研究

以"桥建合一"理念设计的高速铁路站房昆明南站工程中常用桩基结构为研究原型,依托大型振动台进行"桥建合一"桩-土-上部结构相互作用动力特性模型试验,选取0. 4g和0. 8g 2种不同震级的EI Centro波作为输入地震波,并通过监测整个模型结构不同位置的加速度、应变及液化砂土中孔隙水压力的变化情况,分析桩-土-上部结构在地震动作用下砂土孔压的变化情况、加速度的响应规律及结构峰值弯矩的分布特征,并提出相应建议用于实际工程。

变扰力激振法测试桩基动力参数

动力机器桩基础设计是否合理在于动力参数选择。对于大型的、特殊的或重要的动力机器设备及地质条件复杂的地基土,宜通过现场桩基础振动试验并结合现行规范来确定桩基础动力参数。通过工程实例介绍变扰力激振法测试桩基动力参数的原理、设备、工作方法及数据处理,可为类似工程提供经验。

基于MATLAB的三维轴对称基桩动力特性分析

利用MATLAB对三维轴对称基桩的振动特性进行了研究,并与相应的理论结果进行了对比。对桩侧土抗剪刚度的分布对桩振动频率的影响进行了计算分析,结果表明:桩侧土抗剪刚度系数的分布对桩振动固有频率的影响较小,因此由桩振动的固有频率反算桩侧土的总抗剪刚度更具优越性;给出了由第一、二阶固有频率反算求出土体对桩底的抗压刚度和土体对桩侧的剪切刚度的迭代计算方法,用以计算桩的承载力。算例表明,采用该方法计算得出的桩承载力与其他方法计算结果相近。

成层土中考虑桩侧土竖向作用的螺纹桩动力响应

螺纹桩与桩侧土的作用相对复杂,为研究竖向荷载作用下螺纹桩的振动特性,从桩侧土的三维波动出发,考虑土体的成层特性和桩侧土的竖向作用,对滞回阻尼地基中螺纹桩纵向振动特性进行研究。基于三维波动理论建立桩侧土波动方程,采用Laplace变换和修正阻抗函数传递法得到桩土完全耦合条件下的螺纹桩振动响应解。将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,证明螺纹桩-土相互作用模型的合理性。结果表明:相比桩侧土为均质体的假定,考虑土体的成层特性可以充分考虑应力波在分层界面的反射和折射现象,更符合实际情况;在有效桩长范围内,随着桩长的增加,桩侧土对螺纹桩的侧摩阻力越大,阻尼效应越明显;螺纹桩螺牙的存在对桩体具有一定的减振效应,且随着螺牙外径的增加,桩顶复刚度曲线的振幅水平和共振频率均显著减小。理论模型能较好地模拟螺纹桩与成层土的相互作用机理,为螺纹桩的应用提供理论支撑。

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明:振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。

桩基的动力检测简介

介绍应用动力测试承载力和桩质量的频率法及反射波法的基本原理、测试方法、步骤．

考虑横向惯性效应的非饱和土中单桩的竖向动力响应

基于非饱和土的动力控制方程,考虑横向惯性效应,建立了三相非饱和介质中嵌岩桩的竖向动力响应连续介质模型,对桩侧非饱和土的动力控制方程进行Laplace变换,在频域内,通过引入势函数、算子分解等手段对控制方程进行解析,得到了桩侧土体剪应力及竖向振动位移的表达式.结合桩基的竖向振动方程及桩–土接触面的连续性条件,使桩土耦合振动系统得以解答,最终在频域内得到了桩顶复刚度、导纳、桩–土系统振动位移及应力的解析解,借助Laplace逆变换得到了半正弦激励载荷下桩顶的速度时程曲线.最后,通过算例分析验证了计算结果的准确性,分析了横向惯性、泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基动力响应的影响.结果表明:(1)单桩动刚度、阻尼、导纳等变量随频率变化发生周期性振荡,在桩基各阶固有频率处发生共振;(2)泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基的动力响应有较大影响,且频率越大,影响越明显;(3)泊松比越大,单桩动刚度、阻尼、导纳的波动幅值及对应的频率越小,桩顶时程曲线中的桩底反射信号越弱;(4)饱和度越大,对应各动力响应的波动幅值越大,且桩底反射信号的波峰越大.

群桩(土)-承台-结构的动力相互作用分析

基于共同作用理论,在导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程的基础上,利用桩-桩动力相互作用因子法获取了群桩的动力阻抗,对水平地震作用下群桩-土-上部结构的反应特性进行了较全面的分析。着重讨论并估计了群桩抽桩布置于体系动力反应的影响,通过数值计算分析,取得了一些有价值的认识,并认为受水平地震力作用桩承结构也可借鉴考虑竖向上、下部共同作用沉降优化的理念和思想来进行抽桩设计。

竖向激励场下考虑桩土滑移的单桩动力性态

较大竖向地震激励下,桩土间有可能发生桩土相对滑移。为了考虑这种强震条件下桩土动力响应性态,提出了考虑该桩土滑移的桩土界面力的传递模型,并建立动力微分方程进行求解,得到桩基动力响应的位移显式表达式。定义了桩基动力响应系数,得到无限桩长、纯摩擦桩和端承桩等几种情况下的桩基动力响应系数的表达式。数值计算结果表明:考虑桩土滑移的桩基动力响应与不考虑桩土滑移的计算结果差距较大,尤其是在桩土模量比较大的情况下,差距更大;考虑桩土滑移的计算结果在低频段就不接近1,且出现振荡的临界频率点较低。因此,更为精细的桩土动力接触机理的研究尤其是试验研究十分必要。

桥梁基桩动刚度影响因素分析

桩的动态特性反映了桩身混凝土的完整性和桩—土相互作用特性,利用机械阻抗法测定基桩激励和响应可以识别桩—土系统动力特性,估算承载力。本文首先建立了简化的摩擦桩动力解析模型,定性分析了不同参数变化对基桩动刚度的影响;其次,结合某高速公路特大桥若干桥墩基础的评估与加固,寻求基桩动刚度的合理下限值并以此初步评价基桩承载能力;继而建立了数值分析模型,通过测试数据对模型加以验证,并利用模型对动刚度影响因素进行了参数分析,参数对动刚度影响的趋势与解析解一致。针对本文工程案例,计算得到基桩动刚度合理下限为4.9 GN/m,当实测动刚度明显低于该值时,基桩承载能力偏低。通过对现场测试数据的统计分析,验证了该方法的合理性。

基于既有桩基振动理论反演的桩周土动态响应解

提出一种基于现有桩基振动理论反演的桩周土半无限空间激振响应模型,通过Laplace-Hankel积分变换求解得到其复数域内解析解及时域半解析解.该方法在获得桩周土动态响应的同时,避免对复杂桩–土耦合振动条件进行联立分析,使得求解这类问题的解析过程大大简化.通过与既有理论解及有限元分析软件ABAQUS的结果进行对比,分别验证所得解在桩周土及桩底以下土激振响应问题上的合理性.基于解析结果,针对由旁孔透射波法估计未知桩长的问题进行讨论,提出一种相对简单的未知桩长估计方法.该方法可以减少现场测试的工作量,并有助于提高后期数据处理的精度.

单桩的振动试验研究

一、前言近年来,桩-土相互作用的研究受到普遍的重视。在桩基振动计算中,不但可以计算线弹性反应,还可以计算非线性反应。土可以考虑为均匀介质,也可以是分层介质。桩-土脱离的影响及循环荷载亦得到考虑。然而,在实际工程中桩基的振动参数如何确定,如何通过桩基振动实验或实测来检验分析理论的可靠性,仍然是桩基动力学中困难而又重要的研究课题。

动水压力对深水桥梁单桩地震响应的影响研究

在深水环境下,流体-桥梁桩基的动力相互作用会对桩基水下部分产生动水压力,同时在地震、波流等循环荷载作用下海床的土体特性发生变化,进而对桩基的抗震性能产生影响,因此有必要对流体-桩基-海床的动力相互作用展开全面而深入的研究。文中基于饱和软黏土刚度衰减模型,建立了考虑地震动水效应的桩基-海床数值模型,探讨在不同地震动输入下,地震动水压力对桩基位移、剪力、弯矩反应的影响。研究表明:动水压力对桩基动力响应的影响程度与输入的地震动特性有关,一般在频率较低(如f=1~5 Hz)、烈度较大的地震激励下,动水压力的影响更为显著。考虑动水压力时,桩基出水面部分的位移增大,埋置在土层内的桩身剪力增大,桩底负弯矩增大,且从出现响应峰值时刻开始,动水压力对桩基位移、剪力、弯矩时程反应的影响更为明显。因此,在开展深海桥梁桩基设计时,有必要考虑地震动水效应对桩基抗震性能的影响。文中还进一步讨论了考虑动水压力时,桩基入水深度、土层厚度和地震烈度等因素对桩基动力响应的影响,结果表明随着水深增加、地震烈度变大,动水压力对桩基弯矩响应的影响更为显著;随着土层厚度的增加,动水压力对桩基位移的影响更为明显,该研究为深水桥梁桩基的抗震设计提供了重要的参考依据。

考虑群桩效应的大刚度结构的地震反应分析

基于改进的Gazetas均质土中桩-土-结构相互作用三步法计算模式,引入轴向力影响导出了一种计算层状介质中动力相互作用的新方法,扩展了群桩-土相互作用简化法的应用范围。在考虑群桩效应的基础上,对两种规范未要求进行共同作用计算的新型大刚度高层结构(带交叉斜撑的钢管混凝土框架结构和配筋砌块砌体剪力墙结构)进行了群桩-土-上部结构体系的地震反应分析。分析表明,引入群桩运动相互作用后的一体化抗震设计,可以从量化和定性两方面来较为简捷、准确地预估体系的共同作用效应程度,而按一般概念上的单纯根据位移的增大或加速度的减少来判别共同作用的产生大小是不合理的。配筋砌块砌体剪力墙结构在一定的桩土条件下反而会有更强的动力相互作用效应。上述两种新型结构都应纳入规范考虑上下部共同作用的结构体系的范畴。最后,提出了一个可以综合考虑多项影响参数的量化判别公式,可以快速判别群桩-土-上部结构是否需要开展相互作用的计算。

应力波反射法检测桩身结构完整性的探讨

应力波反射法是最常用的桩身质量检测方法，本文介绍了该方法的基本原理，测试曲线在时域、频域上的分析与判定，测试技术和测试仪器的合理选取及应用，指出了判别桩身完整性及类型的途径。

大型振动台桩基模型基础动力参数测试

桩基动力参数测试,为大型振动台提供了准确、详实的动力参数;采用强迫振动测试方法对模型基础进行了明置、埋置两种方式的竖向、水平向、扭转扰力试验。通过分析试验数据得出桩基模型基础在埋置工况下单桩的抗压刚度、抗剪和抗扭刚度系数、桩基各向的阻尼比、各向的参振总质量等动力参数明显高于明置工况,数据显示桩基模型基础周围的土体也参与了振动,土体的参振质量在动力参数计算中不可忽略,同时也会影响到地基动刚度的计算,土体在质弹阻体系中也充分发挥了作用,便于设计单位进一步深化使用,从而更好的实现大型振动台减隔震的目的。

高应变动测F和V时程曲线的判读

高应变动测是一门实践性很强的技术。本文主要结合具体工程实例从三方面分析高应变动测Ｆ，Ｖ时程曲线，通过分析可以判读：①测试时系统的故障根源；②桩身结构完整性；③桩周土阻力分布情况。

Counter-Rotating Type Tidal Stream Power Unit Mounted on a Mono-pile

The authors have invented a unique counter-rotating type tidal stream power unit, which is composed of tandem propellers and a double rotational armature type generator without a stator. The front and the rear propellers drive, as for an upstream type, the inner and the outer rotational armatures in the counter-rotating directions respectively, which keep the rotational torques counter-balanced between both propellers and armatures. This paper investigates experimentally the output and forces acting on a pile in a water channel, to get design materials of the mono-pile type tidal stream power unit. The output is maximal at the moderate rotational speed, as the same as a wind turbine. The force acting on the pile is affected by the drag, the Karman vortex and the dynamic balances of the tandem propellers, and has dominant frequencies due to not only the individual but also the interacting rotation of the front and the rear propellers.

饱和土中摩擦桩竖向振动解析解及应用

采用与频率相关的桩土接触面模型建立了三维轴对称条件下摩擦桩在饱和土中的竖向耦合振动模型,通过势函数分解法和分离变量法求解了饱和土动力固结方程,利用桩土耦合条件得到摩擦桩竖向振动解,对桩周剪应力分布、桩顶的频率和时域响应进行了参数研究。结果表明,桩底支承系数和桩土接触面动刚度对桩土荷载传递有明显影响,频率相关的阻尼系数可以有效地抑制桩顶速度幅频的高频发散现象。最后通过与基桩实测结果对比,表明该模型可以较好地与基桩完整性测试结果吻合。