竖直荷载作用下倾斜群桩受力及桩身变形性状研究

用有限元软件ABAQUS对室内模型开展数值模拟并进行对比验证,研究了倾角α=0°、5°、8°、12°,桩间距l=2.5d、3.0d、4.0d、5.0d、6.0d时,倾斜、竖直群桩在竖直分级加载情况下的荷载-沉降(Q-S)曲线、桩侧摩阻力q、桩身竖直位移U及弯矩M变化特性。结果表明:当竖直荷载Q较小时,倾斜群桩的Q-S曲线呈现线性状态,并随着Q值的增大逐渐由线性向非线性转换,Q值越大,非线性表现越明显。桩侧摩阻力q与Q呈非线性关系;相同Q值下,倾斜桩基桩侧摩阻力q的工作性能不同于竖直桩基的。竖直桩基中,有U_(中桩)>U_(边桩)>U_(角桩),竖直位移差随着桩间距l的增大而减小;倾斜桩基中,当l较小时,有U_(角桩)<U_(中桩)<U_(边桩),当l较大时,有U_(角桩)<U_(边桩)<U_(中桩);竖直桩基与倾斜桩基的U值均随着Q的增大而增大。桩身弯矩最大值与倾角α无关,与桩间距l呈反比;当α较大时,桩身下部弯矩M趋近于0。

斜桩竖向抗压承载变形性状模型试验

斜桩广泛应用于岩土工程中,但如何确定其竖向抗压承载力目前还没有合理的方法。因此,通过模型试验研究了竖向荷载作用下斜桩的承载变形性状,分析了斜桩桩身倾角和长径比对其竖向抗压极限承载力与桩顶沉降的影响,通过拟合方法建立了斜桩竖向抗压极限承载力和沉降的计算公式并与文献结果进行了对比。试验结果表明:(1)在竖向荷载作用下,当桩身倾角较小时,斜桩荷载-沉降曲线(Q-S)与荷载-水平位移曲线(Q-H)均为缓变型;当桩身倾角与长径比较大时,其Q-S曲线与Q-H曲线均为陡变型;斜桩的沉降大于相应直桩的沉降,桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移就越大。(2)斜桩的竖向抗压极限承载力小于直桩,桩身倾角越大,斜桩竖向抗压极限承载力就越小。(3)建立的斜桩竖向抗压极限承载力与桩顶沉降公式的计算结果与文献结果吻合较好。

水平荷载作用下输电线路塔基斜桩承载特性数值分析

为研究塔基斜群桩水平承载特性,建立三维有限元模型模拟了水平荷载作用下斜群桩基础的承载性状,分析了不同桩身倾角对斜群桩基础桩顶及桩身水平位移、桩身弯矩的影响,并分析了斜群桩各桩的桩−土接触压力。结果表明:斜群桩的水平承载力要比直群桩的水平承载力大,桩身倾角越大,斜群桩水平承载力越大;随着桩身倾角增大,桩身弯矩及剪力减小;斜群桩基础桩顶下的连梁对于桩身弯矩及剪力值均有影响;斜群桩中各桩桩−土接触压力不仅受桩身倾角影响,还与水平荷载作用方向和斜桩倾斜方向的相对关系有关;前排斜桩浅土层桩前桩−土接触压力最大值随着桩身倾角的增大而增大,且均大于直桩,桩后浅土层桩−土接触压力最大值随着桩身倾角的增大而减小。

竖向荷载作用下斜桩荷载传递性状试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中斜桩的荷载传递性状,分析了桩身倾角及长径比对斜桩桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧摩阻力及端阻比的影响。试验结果表明：在桩顶竖向荷载作用下,斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,桩长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随桩身倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的深度与桩身倾角无关,只与长径比相关;不论桩身倾角及长径比的大小,斜桩桩身最大剪力均出现在桩顶截面处,桩身最大剪力随着桩身倾角的增加而增大;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4～1/5桩长处;斜桩端阻比随着桩顶竖向荷载的增加而增大,随着桩身倾角及长径比的增加而减小。

砂土中水平受荷斜桩性状模型试验研究

为了解斜桩的水平承载变形性状及荷载传递性状,本文在砂土地基中开展了2组斜桩的水平承载模型试验,研究了桩身倾角及长径比对斜桩水平承载力的影响,分析了水平荷载作用下斜桩桩身轴力、弯矩、剪力及摩阻力的分布特征.试验结果表明:桩长相同时,正斜桩的水平承载力最大,负斜桩的水平承载力最小,直桩的水平承载力居中.水平荷载作用下,正斜桩桩身全长受拉,负斜桩桩身上部区段受压,下部区段受拉,不论正斜桩还是负斜桩,桩身轴力最大值均在桩顶下一定深度的截面.承受相同的水平荷载时,正斜桩的弯矩最小,负斜桩的弯矩最大,直桩弯矩居中,桩较长时,桩身弯矩较小.正斜桩的剪力最小,直桩居中,负斜桩最大,不论正斜桩还是负斜桩,剪力最大值均在桩顶截面,桩顶下一定深度处还存在极值剪力.正负斜桩桩身上部区段均存在负摩阻力,下部区段为正摩阻力.

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明:斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。

带承台倾斜单桩水平承载变形性状数值分析

为研究带承台倾斜单桩水平承载变形性状,通过数值模拟手段分析了水平荷载作用下桩身倾角、长径比对桩顶带承台斜桩的承载变形性状的影响,并重点分析了竖向荷载对水平受荷斜桩性状的影响。结果表明:1水平荷载作用下,负斜桩的桩顶水平位移最大,直桩居中,正斜桩最小;桩身倾角越大,斜桩桩顶水平位移与相应直桩桩顶水平位移差值越大;相同情况下,长径比对斜桩桩顶水平位移影响不明显。2水平荷载作用下,桩身倾角只影响斜桩桩身弯矩的大小,而最大桩身弯矩的位置基本不变。3竖向荷载减小了负斜桩桩顶水平位移,却增大了正斜桩桩顶位移。4负斜桩的桩身最大弯矩随着竖向荷载的增大而减小,正斜桩却与之相反。

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。

斜桩在桩土作用影响下的数值分析

通过采用数值模拟手段分析水平荷载作用长径比与下桩身倾角对斜桩的承载变形性状的影响,以此研究斜桩水平承载变形性状。研究结果表明桩身倾角和竖向荷载对斜桩桩-土接触压力的影响主要集中在桩深的上半部分。

砂土中抗拔斜桩性状模型试验研究

为研究抗拔斜桩的承载变形性状及荷载传递机制,在中密干砂中进行10根单斜桩抗拔试验,研究桩身倾角、长径比对斜桩抗拔承载力的影响,分析斜桩桩身轴力、弯矩、剪力及桩侧摩阻力的分布特征,比较斜桩与相应直桩抗拔承载变形性状的差异。结果表明:斜桩的抗拔承载力并不总是大于相应直桩,其大小受到桩身倾角及长径比的重要影响;在上拔荷载作用下,斜桩轴力大于相应直桩轴力,桩身倾角越大,斜桩轴力超过直桩轴力越多;抗拔斜桩桩身上部区段截面存在弯矩及剪力,斜桩最大弯矩受到桩身倾角及长径比的影响,斜桩除了在桩顶处存在最大剪力外,桩顶下一定深度处还存在极值剪力;抗拔斜桩桩身上部为负摩阻力,下部为正摩阻力。

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。