边坡影响的整体桥RC桩受力性能分析

为了研究边坡效应对整体桥桩-土相互作用的影响,开展了受边坡影响的钢筋混凝土(RC)桩-土相互作用拟静力试验研究及有限元扩展参数分析,讨论了边坡效应对RC桩-土体系受力性能的影响.结果表明:迎坡侧的滞回曲线饱满度弱于背坡侧,且随桩侧至坡顶距离的减小而降低,桩-土相互作用也随之减弱;当桩侧至坡顶距离由2倍桩径减小至0以及坡顶至桩侧距离2倍桩径时,迎坡侧的桩顶最大水平力分别减小15.0%和28.6%,桩侧最大土抗力分别减小18.2%和26.6%,桩身最大弯矩分别减小8.0%和16.9%;桩侧至坡顶距离为2倍桩径且边坡角度小于20°或桩侧至坡顶距离大于4倍桩径时,桩侧至坡顶距离和边坡角度对桩-土体系受力的影响均较小,可按无边坡影响的桩设计;朝背坡侧位移时,桩-土体系受力基本不受边坡效应影响;边坡土摩擦角对桩-土体系受力的影响显著,在工程中可优先采用摩擦角较小的黏土.

整体式桥台H形钢桩基受力性能试验研究

为研究温度或地震荷载作用下H形钢桩基的受力性能,分别开展了平衡与非平衡土压力状态下H形钢桩基土相互作用拟静力试验研究,对比分析了整体桥H形钢桩基桩侧土抗力、桩身应变和弯矩等.结果表明,不平衡土压力会对正向加载下的桩基受力性能产生显著影响,但对负向加载下的影响不大.桥台H形钢桩(AHP)试件和台后不平衡土压力下H形钢桩(UHP)试件正向加载时的桩侧土抗力、桩身应变和弯矩显著大于负向加载,而平衡土压力状态下的H形钢桩(HP)试件正向与负向加载时的桩侧土抗力、桩身应变和弯矩基本一致.AHP试件的桩侧土抗力、桩身应变和弯矩最大,UHP试件次之,HP试件最小,故AHP试件更快进入弹塑性状态.

整体桥预应力桩-土相互作用试验

为探究整体式桥台无缝桥(简称整体桥)预应力混凝土桩吸纳上部结构变形的能力,对3根不同预应力的缩尺模型桩PC-1~PC-3进行了拟静力试验。利用布设于桩身表面的土压力计、位移计、应变片等,研究了预应力混凝土桩的破坏模式和变形规律,并与埋深不同且未施加预应力的混凝土桩对比,进一步说明预应力对柔性桩变形能力的影响;通过与普通混凝土桩的对比,以临界荷载、屈服荷载、峰值荷载为评价指标,分析了预应力对试验桩强度和变形的影响。结果表明:随着预应力度的增大,模型桩的破坏形态由多条裂缝向1条主要裂缝转变;PC-2和PC-3主要裂缝出现位置分别较PC-1沿埋深方向增大0.4倍和0.6倍桩径,说明预应力度的提高增大了桩-土相互作用区域,且效果较增大桩基埋深更为显著;随着位移荷载的增加,PC-1的桩身拉、压应变分布率先出现不对称,而PC-2和PC-3在更大位移荷载时仍保持对称,通过与不同埋深未施加预应力的混凝土桩对比发现,相较于增大桩基埋深,施加预应力可以更为显著地提高桩基的弹性工作范围及桩身的整体性和抗开裂能力;通过分析比较模型桩的桩身承载比可知,提高预应力度可改善桩身受力性能,并可更充分发挥桩周土的承载能力;PC-2,PC-3的正向临界荷载、屈服荷载以及峰值荷载相较于PC-1均有提高,屈服荷载分别较PC-1提高了17.8%和42.3%,说明预应力度可以增大混凝土桩的弹性工作范围,提高变形能力;PC-1的等效刚度退化速率较PC-2,PC-3更快,说明施加预应力可减缓混凝土桩的刚度退化;与PHC管桩等效刚度理论计算值对比发现,PHC管桩理论计算值偏安全,可应用于PC桩的等效刚度计算。

非对称条件下整体桥H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究

为研究不平衡土压力和非一致加载对整体桥H型钢桩基受力性能的影响,本文分别开展了完全对称条件下(土压力平衡和加载一致)、仅土压力不平衡(加载一致)和完全不对称条件下(土压力不平衡和加载不一致)H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比了桩身水平变形、桩侧土抗力、桩身应变和弯矩等.研究结果表明:完全不对称条件下,正负向加载时桩身水平变形存在显著差异.另外,正向加载时的桩侧土抗力和桩身弯矩显著大于负向加载时的.不平衡土压力或非一致加载对桩身水平变形、桩侧土抗力和桩身弯矩产生显著的影响.其中,不平衡土压力使桩基产生朝负向的累积变形,并增大桩侧土抗力和桩身弯矩.正向非一致加载使桩身水平变形减小,但会增大桩侧土抗力和桩身弯矩;负向非一致加载使桩身水平变形、桩侧土抗力和桩身弯矩均减小.

基于位移的整体桥混凝土桩基抗震设计准则

实际工程中的整体桥常采用柔性桩基础吸纳温度或地震作用下产生的水平往复变形。为研究整体桥桩基的抗震性能和变形能力等,开展多种类型桩基的拟静力试验研究,分析比较不同类型桩基的破坏模式、水平变形与承载能力、应变与弯矩分布规律等。研究结果表明:钢筋混凝土RC桩和PHC管桩的破坏位置随配筋率和预应力度的增加而加深,桩-土相互作用效果提高,能有效改善混凝土桩基的抗开裂变形性能;矩形截面较圆形截面桩具有更好的桩-土相互作用效果和耗能能力;桩基的变形拐点会随着配筋率和截面的增大而明显加深,更有利于提高桩基的有效桩长和水平变形能力;相比RC混凝土桩,H形钢桩表现出了更好的弹塑性变形能力和延性,耗能能力更强;桩基承载比可以较好地评估桩-土相互作用效应;混凝土桩基的骨架曲线可以用弹性极限位移、不可观测的开裂位移、可观测的开裂位移、压碎位移、峰值荷载位移和极限位移的特征点表述,且随着配筋率和预应力度的增加,其位移特征点均会有所提高;提出基于位移的整体桥混凝土桩基"三阶段设防、五等级破坏"抗震设计准则,可供有关规范的设计与制定提供参考。

整体式桥台-H形钢桩基-土相互作用水平变形机理研究

整体桥因整体性、抗震性、行车舒适性而被广泛应用。为了能吸纳整体桥在温度、地震作用下的水平往复变形,实际工程中其桩基主要采用H形钢桩。为深入研究整体桥H形钢桩基水平变形机理,以某整体桥为背景,开展了传统平衡土压力状态下H形钢桩-土、台后不平衡土压力下的H形钢桩-土以及整体式桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比了H形钢桩桩身水平变形规律,滞回、耗能和骨架曲线。试验研究表明,不平衡土压力对桩身水平变形影响较大。正负向加载时,HP模型桩身水平变形较为对称,变形规律为沿埋深方向逐渐减小,接着反向增大后减小至桩底为0。对于UHP模型,正负向加载时的桩身变形不对称,其中正向加载时的变形规律为沿埋深方向逐渐减小至0,接着反向增大至最大后减小;负向加载时的变形规律则与HP模型基本相似。AHP模型桩身水平变形规律则较为复杂,其变形介于HP模型和UHP模型之间。研究还表明:HP模型的滞回曲线较为饱满和对称,而AHP模型的滞回曲线存在显著的非对称;AHP模型的承载力和耗能能力最高,但延性最低。

往复位移作用下整体桥台后土压力计算方法

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点,目前在国内外得到了广泛应用与推广,但是,其台后土压力计算方法还缺乏深入研究。为此,以永春上坂大桥整体桥为设计背景,开展了整体式桥台-H形钢桩-土相互作用的低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究了台后土压力大小及其衰减规律,并给出了桥台内力和台后土压力计算方法。研究结果表明:台后土压力与正向加载位移成非线性关系,且随着正向加载位移的增大而增大;台后土压力沿深度方向主要呈"三角形"与"梯形"分布,同时,台背处土压力合力作用点基本位于2/3桥台高度的埋深位置处;台后土压力沿纵桥向成指数衰减,且在台后2倍的桥台高度处基本衰减为0,即温度作用下整体桥桥台的纵向移动仅对台后2倍桥台高度范围内的土体有影响。现有研究及规范给出的方法不适用于整体桥的台后土压力计算,而所提出的台后土压力计算方法与试验、实桥监测结果较为吻合,其可为整体桥的设计及规范的制定提供参考与借鉴。

考虑台后不平衡土压力的整体式桥台H形钢桩基水平变形试验

为研究车辆重载等引起的台后大不平衡土压力对整体式桥台H形钢桩基水平变形的影响,开展了有无考虑台后大不平衡土压力影响的整体式桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比台后大不平衡土压力对桩身水平变形、滞回曲线、耗能曲线和骨架曲线等分布规律的影响。研究结果表明:在小位移荷载作用下,整体桥H形钢桩基本无累积变形,在大位移荷载作用下,桩基累积变形迅速增大;在埋深较浅范围内,设计制作的桥台-H形钢桩试件(LAHP和AHP试件)均产生正向的局部累积变形,在埋深较深范围内,2个试件均产生负向的整体累积变形;台后大不平衡土压力对整体桥H形钢桩基的水平变形、累积变形、单步位移荷载下的水平变形、滞回曲线、耗能曲线和骨架曲线均产生较大的影响;在埋深较浅范围内,LAHP与AHP试件的桩身水平变形、累积变形和单步位移荷载下的水平变形存在显著差异,LAHP试件的正、负向不平衡力和正向累积变形均小于AHP试件的,但负向累积变形和等效黏滞阻尼系数均大于AHP试件的。