欧洲规范铁路桥梁动力分析竖向荷载取值研究

为有助于推动海外工程顺利实施,解决海外工程结构设计中的部分问题,开展国外标准规范系统研究是十分必要的,进而吸收与借鉴国际标准的先进经验,同时增强国际竞争力。针对铁路桥梁动力分析中欧洲规范竖向荷载的相关规定进行了详细研究,探讨分析了其规定差异性,提出了对国际工程设计咨询具有指导价值的结论。有助于解决涉外工程结构分析中荷载计算问题,有利于我国结构设计行业对外交流,为进一步推动海外工程的顺利实施奠定基础。

考虑竖向荷载作用时液化土中群桩基础水平动力响应

基于Biot饱和多孔介质理论,考虑液化土的流动特性,建立考虑竖向荷载作用的部分埋入群桩水平振动模型,通过分离变量法、算子分解法,引入桩土耦合及位移连续条件,得到复杂条件下液化土中高桩桩间相互作用因子解和群桩水平动阻抗解.通过参数分析,表明液化土特性和竖向荷载对桩间水平相互作用因子、群桩动阻抗有显著影响,指出同一频率下,群桩水平动刚度随着表层液化土厚度的增加而下降,当液化厚度较大时,动刚度随频率上升显著下降,并出现负刚度;桩顶竖向荷载会降低液化土中的群桩动刚度,液化土厚度越大,削弱效果越明显.

水平斜交-竖向组合荷载下斜桩承载机理数值分析

文中通过将不同角度、不同大小的水平斜交荷载与不同大小的下压荷载相互组合,模拟倾斜桩基础在三维空间的受力特征,分析了粉土地基中在水平斜交荷载和竖向荷载共同作用下15°斜桩的承载性能.结果表明:随着水平斜交荷载加载角的增大,斜桩桩顶水平位移减小、单桩水平极限承载力增大.斜交角度不大于90°时斜桩桩顶产生正向的竖向位移,随着竖向下压荷载增大,桩顶竖向位移及水平位移均增大,斜桩水平极限承载力减小;水平斜交荷载加载角大于90°时则相反.桩身弯矩My和扭矩几乎不受下压荷载的影响,水平加载角度越接近90°,其负向弯矩和正向扭矩峰值越大.

盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法研究

为探明隧道盾构注浆荷载作用引起带榫管片水平轴线偏移规律,以小曲率半径盾构隧道为例,分析壁后注浆引起管片上浮的诱因,考虑管片环“椭圆化”变形、纵向连接螺栓预应力、环缝影响范围和横向刚度等综合因素的影响,建立榫杆连接条件下带榫环缝的管片单元纵向等效抗弯刚度有效率计算式,并通过计算盾构注浆荷载作用下带榫管片的静态和动态上浮力,构建盾构注浆荷载作用下带榫管片上浮力计算表达式,由此分析小曲率半径隧道盾构注浆荷载作用下带榫管片受力情况及其在文克尔弹性地基梁假定条件下受上浮力作用的挠曲变形规律,建立盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法,并依托实际工程加以验证。结果表明:该文理论值与模拟值和监测值均拟合良好,该文计算方法具有良好的工程适用性,可为盾构隧道工程及其类似工程中注浆荷载作用下管片偏移及错台问题提供有效的理论指导。

水平往复荷载作用下钢箱提篮拱弹塑性力学性能研究

目的 探究倾角、矢跨比及宽跨比三个参数对钢箱提篮拱在水平往复荷载作用下力学性能的影响,为钢提篮拱桥抗震设计提供理论基础。方法 通过改变参数,建立54个钢箱提篮拱有限元模型,在水平往复荷载作用下进行滞回分析,研究钢箱提篮拱水平力-位移滞回性能、极限承载力和拱顶横撑内力、变形在不同参数条件下的变化规律。结果 随着拱肋倾斜角度、宽跨比的增加或矢跨比的减小,结构初期刚度、极限承载能力均有较大提高,但横撑内力也随之增加,并会产生局部失稳破坏,影响结构的承载能力。结论 增加拱肋倾斜角度对钢箱提篮拱横向力学性能有较大改善,但在设计时应注意横撑内力增加带来的不利影响。

砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d^7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。

竖向及水平荷载加载水平、顺序对单桩承载力的影响

在桩基础设计中通常分别确定单桩的竖向和水平承载力,而不考虑竖向荷载与水平荷载之间的相互作用对桩承载力的影响,这显然不能反映桩的真实受力状况。软土地基上建造超高层建筑有时需要采用长度达80 m甚至更长的超长桩,目前考虑超长桩的竖向荷载和水平荷载二者之间相互作用的研究还很少。利用有限元软件ABAQUS模拟天津市某工程的79 m长桩载荷试验结果,通过参数调整使有限元计算结果与载荷试验的结果一致,在此基础上进行仿真模拟,研究竖向及水平荷载作用下超长桩的荷载传递与变形特点。分析结果表明超长桩表现出与已有文献中的刚性短桩不同的变形特性:对于承受水平荷载与竖向荷载的桩,竖向荷载对水平荷载作用下桩的性状的影响与竖向荷载相对于水平荷载的施加顺序、竖向荷载的大小以及土质条件等均有关。就本文算例,先施加竖向荷载再施加水平荷载时,存在一个最优的竖向荷载,在最优竖向荷载作用下,竖向荷载减小桩顶侧移的有利作用最明显,且竖向荷载减小桩顶侧移的作用主要表现在水平荷载加载后期,即水平荷载较大时。在土质条件较好的情况下竖向荷载对桩顶侧移的有利影响不如土质条件较差时那样明显。先施加水平荷载再施加竖向荷载时,竖向荷载不再起到减小水平荷载作用下桩顶侧移的作用。加载顺序变化对桩水平承载力的影响要大于对桩竖向承载力的影响。

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明:当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。

竖向荷载作用下对称双斜桩基础水平承载力模型试验研究

对称双斜桩基础是斜桩用于实际工程的基本形式,也是用得较多的形式。相比工程应用,对称双斜桩的理论研究仍显滞后,基本没有关于对称双斜桩在复杂荷载下的承载力研究。通过桩身对竖向倾角为10°的对称双斜桩基础的模型试验,研究竖向荷载对水平承载力影响的特点。研究发现,随着竖向荷载的增大,桩顶水平位移的稳定时间逐渐增长;竖向荷载的增加可以提高水平承载力,但竖向荷载过大,反而降低其水平承载力。由于这种荷载情况与实际工程对称双斜桩的受力情况具有高度的一致性,其研究结果对于对称双斜桩的理论分析、设计和在工程实践中的应用具有一定的指导意义。

水平循环荷载作用下群桩基础累积变形三维数值模拟

为进一步研究群桩基础水平累积变形特性,以及桩体自身因素、荷载因素、桩周土体因素等影响下的变化规律,结合USDFLD子程序的实现过程与ABAQUS三维建模过程,采用有限元计算结果对群桩累积变形特性进行研究。通过改变桩距、桩数、荷载入射角度、加载频率、土体初始弹性模量、桩-土界面摩擦系数等参数,进一步对群桩水平累积变形特性,及其在桩体自身因素、荷载因素、桩周土体因素等影响下的变化规律进行研究。数值模拟中经常忽略桩周土体弱化对群桩基础累积变形特性的影响,因此对如何在数值模型中实现土体软化也进行了研究。最终得到群桩水平累积变形特性,以及在各种影响因素下的变化规律,如在桩体自身因素的影响下,群桩承台水平累积变形随桩距与桩数的增加不断减小,荷载-位移滞回圈随桩数的减少越饱满,土体非线性越明显等变化规律。

既有竖向荷载对微型桩水平承载特性的影响

运用ABAQUS有限元软件,分析了微型桩在既有竖向荷载作用时施加水平荷载,桩体的水平位移、桩身弯矩、土体的横向抗力、侧摩阻力等的变化情况;对比不同既有竖向荷载作用对微型桩水平承载性能的影响。结果表明:竣工后桩基础中分担竖向荷载较大的桩,抵抗水平荷载的能力较强;不同施工阶段,随着上部竖向荷载不断增加,桩抵抗水平侧移的能力增强。

CFG桩竖向荷载作用下水平位移和弯矩的试验研究

通过室内模型桩试验 ,分析了竖向荷载对CFG桩的水平位移、桩身弯矩的影响。接着 ,运用三维有限元的方法 ,考虑了土体的弹塑性 (Prandtl-Reuss模型 ) ,以及在桩土界面处设置接触单元来考虑桩土的滑移和开裂 ,对模型桩进行了模拟分析。然后 ,通过现场原形实验 ,对分析结果进行验证。结果显示轴向荷载的存在对CFG桩产生附加弯矩和水平位移 ,但在试验荷载范围内影响很小。

竖向荷载对黏土地基中单桩水平受荷性能的影响

为了研究正常固结土(NC)和超固结土(OC)中,竖向荷载作用后,允许土体固结和超静孔压消散的条件下,桩体的水平静、循环受荷性能,开展8组离心模型试验.基于试验结果,开展三维有限元模拟(FEA),揭示竖向荷载对桩体水平受荷性能的影响机理,分析不同竖向荷载作用下,桩体水平初始刚度和极限承载力的变化规律.结果表明,在正常固结土中,施加竖向工作荷载,并允许土体孔压消散,减少了土体的初始应力比,增加了可发挥的土体不排水抗剪强度,提高10%的桩基水平极限承载力和50%的初始桩头刚度;在超固结土中,施加竖向荷载,增加了土体的初始应力比,减少了可发挥的土体不排水抗剪强度,降低了13%桩基的水平静极限承载力和33%的初始桩头刚度.

竖向与水平复合荷载作用下后注浆灌注桩承载性能试验研究

基于自主发明的基桩双向复合试验加载装置,通过足尺现场试验,研究了竖向与水平复合荷载作用下后注浆灌注桩的承载性能。结果表明:后注浆灌注桩在桩顶施加竖向荷载时,水平临界荷载H cr和水平极限荷载H u都有一定的提高,且最大水平承载力优于同条件下未注浆灌注桩;水平荷载施加到破坏荷载值时,基桩的沉降增量与桩顶竖向荷载大小有直接关系,当竖向承载接近极限荷载时,复式后注浆灌注桩及未注浆灌注桩沉降量均增加较大,但未注浆灌注桩反应更加敏感,竖向位移变化量较复式注浆桩更大。

竖向荷载对砂土中大直径桩水平加载反应的影响

大直径桩基础,因为兼备优良的水平和竖向承载性能,经常作为大型海上风力发电机组和海上塔楼的基础同时承受水平和竖向荷载。但在进行桩基础承载力设计时,水平承载力和竖向承载力通常分开进行,并假定二者不存在相互作用。实际上,目前已经进行了很多针对二者相互作用的研究,研究表明竖向承载力和水平承载力之间存在耦合效应,但研究结论并不一致。本文通过室内模型试验对砂土中大直径单桩在竖向和水平联合加载下的水平响应进行研究,试验中通过控制不同的竖向和水平荷载加载比例考察竖向荷载对大直径单桩水平响应的影响。试验结果表明砂土中竖向力的作用增加了大直径单桩的水平承载力。

竖向荷载对管桩群桩水平承载特性的影响研究

目前规范中管桩群桩的水平承载设计是基于单桩试桩结果开展的,没有考虑上部荷载对桩基水平承载能力的影响,这显然不能反映桩基的真实受力状况。本文采用室内缩尺模型试验和数值模拟的方法,对不同竖向荷载下管桩群桩的水平承载性能进行了研究。结果表明:竖向荷载的施加充分发挥了各桩的承载性能,提高了群桩基础的整体性,使得管桩群桩的水平承载力有明显提高,分析得到的群桩效率系数也高于规范的计算值。研究成果可为今后水平承载管桩的设计工作提供参考依据。

水平风荷载与竖向风荷载的特性分析比较

从一般的情形出发，将均匀气流场中的风速分解成水平平均风速、竖向平均风速、水平脉动风速、竖向脉动风速四个部分，系统地讨论了其确定方法、基本性质及其引起的气流速压和速压脉动系数，最后分析了建筑物受到的风荷载及其参数确定。

竖向荷载对支盘桩水平承载性能影响的模型试验研究

通过对仅受水平荷载和同时承受竖向荷载和水平荷载作用的支盘桩进行模型试验,研究了竖向荷载对支盘桩水平承载性状的影响。结果表明竖向荷载的存在能减小支盘桩的水平位移,减小桩侧土中的压力,降低桩身的弯矩。说明竖向荷载能提高支盘桩的水平承载力,延缓桩周土体的屈服,推迟桩身裂纹的出现,对支盘桩的承载性能是有利的。

桁架拱塑料大棚骨架平面内竖向荷载受力性能试验

桁架拱塑料大棚在我国北方寒区广泛使用且数量庞大。由于我国北方寒区雪荷载大,而多数大棚骨架设计制造不合规,冬季常有暴雪导致的大棚坍塌事故发生。为研究桁架塑料大棚骨架在平面内竖向荷载的受力性能,以节点间距及桁架拱高度为影响因素,研制了4榀桁架拱塑料大棚骨架及试验装置。采用竖向加载的方法得到了桁架拱塑料大棚骨架竖向荷载作用下的试验现象、骨架极限荷载及位移等试验数据。通过极限荷载数据分析得到了影响桁架拱塑料大棚骨架承载力因素排列顺序为:矢高>上弦节点间距>桁架高度。通过分析骨架荷载-位移曲线得到了骨架弹性极限荷载及对应的弹性位移,并通过分析骨架变形形态得到了骨架进入平面外屈曲的位置和屈曲状态。采用ABAQUS建立了桁架拱塑料大棚骨架三维线性有限元模型,通过跨中及l/4跨处的荷载-位移曲线试验值与模拟值对比分析,验证了有限元模型的正确性。研究成果可为桁架拱塑料大棚使用阶段受力和后续非线性屈曲稳定有限元分析提供参考。

既有竖向荷载对单桩水平承载特性影响的研究进展

单桩基础是海上风电场的一种重要基础形式。海上风电场单桩基础首先需要承担上部结构传递的竖向荷载,然后还需要承受波浪、海流、地震等作用下的水平荷载,而既有竖向荷载对单桩的水平承载特性会产生重要影响。本文阐述了既有竖向荷载对单桩水平承载特性影响的研究进展。通过对比不同学者的研究成果,分析了既有竖向荷载对单桩水平承载力特性的影响规律、影响原因及影响因素。针对目前国内外学者对该问题研究的不足,提出了若干思考和展望,认为有必要进行影响因素分析和水平循环荷载影响的探究。