堆载和桩顶荷载组合作用下的桩土响应分析

桩侧负摩阻力是影响桩基工作性能的重要因素,而堆载和桩顶荷载对桩侧摩阻力的分布影响很大,为了研究其组合作用机理,采用拉格朗日差分法分析堆载和桩顶荷载组合作用下桩侧摩阻力分布、中性点位置变化规律以及桩体轴力分布。研究结果表明:负摩阻力主要出现在0.37~0.64倍桩长位置;当堆载小于或等于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下先增大后减小并逐渐过渡到正摩阻力;当堆载大于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下逐渐减小然后过渡到正摩阻力;桩体最大轴应力与堆载和桩顶荷载具有明显的二元线性相关性;中性点位置变化规律受桩顶荷载和堆载组合值的影响,根据此规律得出二元方程式,可用于快速估算中性点的位置。

桩头侧向集中荷载作用下桩-土系统的非线性动力性能分析

在对侧向动载作用下桩－土相互作用系统的数值模拟方法进行了评述之后，一个三维显式有限元模型被用来描述桩－土系统，以分析其在施加于桩头的侧向脉冲式动载作用下的非线性动力性能，其中混凝土桩被考虑为线弹性材料，而桩周土体被模拟为一种可进入破坏状态的弹塑性材料，同时滑移界面单元被用来模拟桩、土间的滑移和分离．计算结果表明，桩－土系统的侧向动力性能由桩头的约束条件和地表以下一定深度内的系统上部的性能参数所控制，而桩长对此影响不大．

按桩顶沉降量控制超长灌注桩竖向承载力研究

采用桩端阻三折线、桩侧阻双折线荷载传递模型,对基桩竖向承载力进行深入分析,提出了按桩顶沉降量控制大直径超长灌注桩基桩竖向承载力的设想,并导得了多层地基中桩周桩端土层处于各种不同状态下的竖向承载力解析解。该解答不仅能考虑桩周土的分层,还能考虑桩端土体的非线性及沉渣的影响。最后,采用本文方法对两根试桩的实测荷载-沉降曲线进行了比较分析,结果表明二者基本吻合,计算方法可供工程实践参考。

基于两阶段法的堆载对公路桥梁桩基础影响分析

首先基于布西奈斯克解,将表面作用有集中荷载时半无限弹性体的应力变形解在荷载作用区域利用复合辛普森公式进行数值积分,得到了表面处于不同形式的分布荷载作用下土体自由场水平及竖直方向应力和变形的计算公式。结合有限差分法及Mindlin位移解分别推导出弹性地基中桩顶作用有集中荷载时单桩桩、土单元的位移,两者结合便得到主动桩的分析方法。通过将堆载作用下的土体自由场位移施加于桩上把上述自由场分析及主动桩分析结合起来,推导出堆载作用下被动单桩的竖向和水平向承载特性的分析方法。选取地表附近作用有矩形均布荷载的计算工况,通过与有限元计算结果的对比验证了所提出的分析方法的正确性;将所提出的方法计算结果与某处工程案例中实测数据结果进行对比,分析表明利用该方法分析堆载对邻近桩基的水平及竖向影响是合理可靠的。

横向荷载下群桩相互作用的积分方程解法及参数分析

针对横向受荷桩的相互作用问题,将桩土体系分解为弹性半空间地基土和虚拟桩,基于水平位移协调条件建立两桩相互作用的第二类Fredholm积分方程,采用MATLAB软件编制程序进行求解。基于Chen等提出的横向受荷桩相互作用系数解法,得到了桩顶转角固定条件下水平受荷桩的积分方程解答,与已有算例的对比验证了本文算法的正确性。参数分析表明,固定转角约束条件下两桩的水平位移相互作用系数随着桩间距和荷载方向夹角的增加而减小,随着桩土模量比的增加而增加。基于相互作用系数解法,该方法可应用于转角固定的水平受荷群桩分析。

导管架结构方案优化研究

对于100 m水深的大型导管架综合性平台,在结构形式上,可以采用不同的设计方案,在水平层上可以采用5层或6层布置。为了论证两种方案的优劣,此文运用相同的环境数据,运用SACS有限元软件,论证了两种结构形式的可行性,对两种方案进行施工受力分析,对比两种导管架平台方案所受环境荷载、桩头力、导管架节点数量、结构重量等关键参数,最后论证了两种导管架方案中5层方案是用钢量少,受力特性优,投资较低的结构方案。

考虑桩头约束的水平受荷单桩响应分析

基于m法的基本假定推导了考虑桩头转动约束程度、桩身自由长度和埋深比的水平受荷单桩响应解析解,获得了更具一般性的通解形式;基于该计算公式讨论了桩头转动刚度km、量纲为一的固定因子C、桩头约束度λ三种桩头约束定量表征参数间的关系;分析了桩身埋入深度和自由长度对桩头约束表征参数和单桩响应的影响。研究表明:桩头约束度λ(即有约束单桩桩头所受弯矩与桩头嵌固条件下桩头弯矩之比)不受桩和桩周土参数的影响。通过λ取0(表示桩头自由)和1(表示桩头嵌固)之间的数值有效表征桩头约束效果;采用桩身抗弯刚度和水平地基比例系数对桩头转动刚度进行量纲归一化获得系数β,在桩身埋入深度和自由长度给定的条件下,β和λ具有一一对应关系,β成为λ与单桩和桩周土体参数间相关联的关键参数。进一步的研究表明:在β相同的条件下,刚性桩的λ值大于弹性长桩,自由长度越大桩头约束度越大;桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ的增大呈线性变化;对于刚性桩和自由长度大于2倍桩土刚度系数的弹性长桩,自由长度变化对桩头位移比(有约束单桩的桩头位移与桩头自由单桩的比)随λ变化规律的影响不大;桩身土面下最大弯矩点深度随λ的增加而增加,随自由长度的增加而减小;在λ小于0.5时,刚性桩和弹性长桩的最大弯矩点深度基本一致,且此规律不受自由长度的影响。

基于隔震后的LNG储罐桩顶约束系数计算新方法

由于大型LNG储罐为典型的大跨度及超高剪力墙结构,地震荷载为储罐设计的控制荷载,为了满足设计要求,包含桩基础的超大型LNG储罐均需采取减隔震措施降低地震荷载的作用,但针对柔性约束条件下桩顶约束系数的计算方法缺失。为此,在提出了考虑桩—土交互作用的有限元分析模型的基础上,研究了隔震支座非线性参数获取方法及非线性特征模拟方法,最终确定了隔震后桩顶约束系数数值计算方法。研究结果表明:①LNG储罐隔震后采用位移控制和强度控制的方法计算桩顶约束系数结果基本一致,其值在1.05~1.50之间;②顶约束系数随土体刚度的增加线性增大,随桩径的增加以幂函数形式减小,而隔震支座刚度及桩顶水平力对桩顶约束系数没有影响;③震支座的力学性能及外部荷载对桩顶约束系数没有影响。结论认为,明确影响桩顶约束系数的因素及影响规律,可以为工程设计提供技术参考,并能为LNG储罐减隔震设计提供有效指导。

现浇X形混凝土桩质量检测现场试验研究

现浇X形混凝土桩是高速公路软土地基处理新技术。依托南京长江四桥北接线现浇X形桩复合地基试验段,采用低应变反射波法、静载荷试验法和桩头开挖法对现浇X形桩的质量进行了现场检测。试验结果表明:现浇X形桩低应变检测波形受到高频波干扰,当激振力周期较短时,检测曲线的高频波干扰明显。低应变测试平均波速在3 600 m/s左右,均为I类桩,桩身质量完整。桩长14 m时单桩极限承载力达到600 kN,桩长20 m时的单桩复合地基承载力特征值达到160 kPa,均满足设计要求。在靠近地面的桩头存在往外扩大的趋势,而深度越深,X形桩的成形效果越好。现浇X形桩混凝土的充盈在凹弧处更为明显,而在凸起段不甚显著。现浇X形桩成桩截面与设计截面相比面积增加而周长减小,混凝土充盈系数为1.16～1.32,截面周长比设计截面减小5.1～6.7%。

考虑桩头约束的纵横向受荷微倾单桩响应分析

考虑桩身初始微倾斜,假定地基水平抗力系数沿深度线性增加,推导出纵横向荷载下桩周土屈服时桩身挠曲线微分方程,继而求得桩身响应的幂级数解。采用桩头约束度表征桩头转动约束,结合已有的自由段和弹性段桩身响应的幂级数解及桩底的边界条件,并基于各分界点处桩身响应的连续性,提出了桩身变形和内力的计算方法。与模型实验结果及已有解计算结果的对比验证了该法的可靠性。计算结果表明:随着桩头约束度的增加,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩近似线性减小;桩头约束度存在一临界值,在该值处桩身最大弯矩达到最小值;随着桩身初始倾角的增加,桩顶位移和桩身最大弯矩近似线性增大,其变化速率随纵向荷载的增加而增大。

堆载作用下群桩负摩阻力特性的参数分析

针对地面堆载作用下群桩负摩阻力特性问题,采用有限元分析方法,进行三维有限元数值模拟。计算模型考虑桩–土界面的接触问题,分别研究地面堆载等级、桩顶竖向荷载等级、地面堆载和桩顶竖向荷载施荷顺序等参数对群桩负摩阻力特性的影响。研究结果表明:随着地面堆载等级的增大,桩身轴力和桩身下拽力增大且增大幅度逐渐减小;随着桩顶竖向荷载等级的增大,群桩受到土体引起的桩身下拽力逐渐减小;施荷顺序对桩身下拽力的影响显著。

桩的刚度计算

现行桩的刚度计算大都假设桩为刚性。当桩较短时，由此带来误差不大，但当桩较长时则与实际情况相差较大。本文提出用分层荷载传递法计算单桩刚度，能方便地考虑桩的可压缩性、分层土的性质和桩截面的变化。本文讨论了桩的刚度随桩长、直径、桩身材料弹性模量的变化影响，并把计算值与实测值进行了比较。结果比较一致。

钉形水泥土双向搅拌桩基于扩大头高度的承载特性研究

针对钉形水泥土双向搅拌桩特殊的桩身结构，在试验桩体中心钻孔抽芯，埋入贴有应变片的塑料管，然后对桩体进行静载荷试验测定桩身应变，进而计算桩身轴力和附加应力，并分析探讨与扩大头高度相关的单桩承载特性。结果表明：桩身轴力和附加应力主要分布在扩大头高度范围内，且在桩身变截面处存在较大的轴力差和应力集中现象。最终得出扩大头高度在深厚软土中可取4～5m，最低不宜小于2m。

悬臂围护基坑开挖对邻近双桩基础影响的三维数值研究

目的研究悬臂围护基坑开挖引起地层移动对临近双桩基础的影响.方法运用岩土数值计算程序FLAC^(3D),采用修正剑桥模型模拟土体的非线性应力-应变关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面,通过与离心机试验结果的对比表明数值模拟能较准确反映临近桩基的位移和内力,然后就桩承台、桩到基坑距离、围护墙体刚度及桩顶竖向荷载的影响进行研究.结果双桩桩顶自由时的位移、内力等要小于同位置单桩,双桩带承台时前、后桩上部会产生负弯矩,随距离增大和围护墙刚度的增加双桩位移、内力和桩侧土压力等均减小,在桩基允许承载力范围内竖向荷载的影响很小.结论前后桩之间存在加筋和遮拦效应,前后桩通过承台相互作用且变形协调.

桩靴贯入黏土层时邻近群桩相互作用分析

为研究钻井船插桩对邻近平台群桩相互作用的影响,采用耦合欧拉拉格朗日(CEL)方法对桩靴贯入黏土层时邻近群桩中各桩荷载分担比、桩头附加位移及两桩相互作用系数进行了分析。首先通过对缩尺模型试验的数值分析,验证了CEL方法的可行性;然后进一步分析了桩靴贯入黏土层时对邻近群桩相互作用的影响;最后探讨了净间距、桩间距对群桩相互作用的影响。结果表明,在桩靴贯入中,前桩的荷载分担比大于后桩,且桩靴贯入至一定深度后,当净间距越小或桩间距越大时,前桩的荷载分担比越大、后桩的荷载分担比越小,但各桩的荷载分担比随桩靴贯入深度增加时的变化规律不变;净间距越大,桩头附加位移及相互作用系数越小;在桩靴贯入时,由于受群桩遮拦效应的影响,桩头附加位移及相互作用系数随桩间距的变化规律同插桩前有所不同,当桩间距大于3倍桩径时,随桩间距的增加而减小,当桩间距小于3倍桩径时,随桩间距的增加而增大。

缺陷管桩的处理措施及其在静载试验的反应

介绍了低应变的基本理论和缺陷PHC管桩的几种常见反射特征和处理措施,分析了特殊的桩头轻微缺陷管桩的低应变曲线和静载试验的特征。以福州市某新建商业大楼项目管桩基础为背景,在单桩竖向静载试验前,采用低应变法检测PHC管桩的完整性。而后,针对试桩1中出现的桩头轻微缺陷(Ⅱ类),通过静载试验分析桩头轻微缺陷(Ⅱ类)对承载力和沉降量的影响。试验结果表明,对于PHC管桩,桩头轻微缺陷会使得沉降量加大但不至于破坏。为了工程安全,应对桩头轻微缺陷(Ⅱ类)的管桩进行加固处理。

桩顶荷载下温度循环对PHC管桩的热力响应分析

能量桩将地源热泵与建筑桩基结合于一体,在承受上部建筑荷载的同时还受到附加温度荷载的作用,其桩身的热力响应特性比较复杂。结合某高校综合体育馆PHC管桩工程,分析了桩身温度、桩顶荷载-沉降特性、桩身应力及桩侧摩阻力等变化规律。研究结果表明:冷、热温度循环下桩身温度变化并不均匀,桩顶附近与桩身中下部的温度变化差异较大;桩身温度的变化将引起桩土接触面力学特性变化,改变桩体的沉降趋势,在温度升高时桩顶沉降量略微减小;温度荷载的作用将使桩身不同区域产生负摩阻力,且正负摩阻力的绝对值相差较大;中性点在桩身8 m左右,靠近桩下端2/3桩长处。鉴于温度循环荷载会改变桩体的受力及沉降特征,能量桩的设计应充分考虑温度效应的影响。

北京某深基坑桩锚支护结构监测及分析

采用桩锚支护结构对北京某深基坑进行支护,在施工过程中进行桩顶位移、地表沉降、锚索轴力监测,并对监测数据分析。结果表明:桩锚支护体系能有效地控制基坑水平位移和周边地表沉降,并且桩顶水平位移变化、沉降变化是比较有规律的。锚索预应力损失值较大,在30%～50%之间,在开挖过程中变化范围在15%以内;第一道锚索在控制位移和沉降发挥着关键的作用,第三道锚索是控制桩身最大弯矩的关键。结合实测值与理论计算值产生差异的原因,对以后类似桩锚支护结构的设计提出了建议。

桩顶固定时单桩侧向变形与受力的积分方程解法

基于Muki&Sternberg的虚拟桩方法,将水平荷载作用下桩-土相互作用问题分解为弹性半空间地基土和虚拟桩的叠加。通过求解由第二类Fredholm积分方程与桩顶转角固定的转角方程联立的方程组所得到桩顶固定时的桩身弯矩,可以得到桩顶固定时桩身的水平位移和桩身的转角,采用Fortran语言编写程序进行求解。与现有计算结果的比较验证了本文计算方法的正确性。进行了广泛的桩土弹性模量比、桩间距和桩长细比参数分析,为桩顶固定时单桩的的设计和分析提供了参考。

桥梁基桩大吨位静载试验问题探讨

为了提高大吨位静载试验的安全性和准确性,以郑州某市政桥梁基桩大吨位静载试验为依托,运用统计和试验对比的方法,进行桩头处理、反力平台搭建、加荷装置并联、位移测量、试验终止加载等全过程的分析,找出大吨位静载试验中容易出现的问题,提出较为合理的解决方案。最终结果证明,在静载荷试验过程中所采取的各项措施合理有效。重点对加荷装置千斤顶进行比较研究,确定了不同厂家、不同批次、同型号千斤顶之间的加荷误差为1. 3%,通过试验研究,施工等外界干扰对静载基准桩影响深度在5 m以内。