挡土抗拔桩倾斜荷载承载特性试验与数值分析

为研究挡土抗拔桩承受不同角度倾斜上拔荷载的极限承载力,文章通过室内相似模拟试验,获取单桩荷载-桩顶位移曲线;在试验得到的参数与FLAC 3D软件数值模拟结果近似一致的基础上,进一步探讨荷载倾角对挡土抗拔桩极限承载力的影响以及桩侧摩阻力分布、荷载传递性状和桩侧摩阻力发挥特性等。结果表明:挡土抗拔桩的荷载-桩顶位移曲线呈陡变型,极限承载力增大幅度随着荷载倾角的减小而减小;倾斜荷载下由于桩侧摩阻力的存在,上拔力分量随着水平力分量的增大而增大;挡土抗拔桩极限承载力大小较等截面桩不同倾角荷载作用下均有较大提升。该研究成果对挡土抗拔桩的设计和计算具有一定的参考价值,可利用其承载力特性应用于工程实际。

砂土边坡桩间水平土拱机理与演变规律离散元分析

抗滑桩等非连续支挡结构在边坡工程中依靠土拱效应安全经济地发挥支护功能。鉴于不同类型砂土的力学性质差异较大,为揭示密砂与松砂土质边坡抗滑桩桩间水平土拱机理与演变规律,采用离散元方法(DEM)模拟支挡砂土水平土拱的成拱过程。在传统力链分析的基础上,提出通过筛选高应力颗粒来研究土拱的形成过程,进一步从细观角度对不同工况土拱效应进行分析,以揭示“应力拱”和“位移拱”的演化过程。研究表明:密砂和松砂中的水平土拱的动态演变过程均表现为3个演化阶段,分别对应于密砂和松砂的剪切性状,即应变软化和应变硬化现象,揭示了砂土边坡桩间土拱效应的演变规律。此外,讨论了宏-微观DEM模拟参数对土拱形成过程与土拱效应性能的影响,结果表明拱跨对于荷载传递效率的影响最大。

考虑桩-土相互作用的超大型单桩式海上风机结构地震响应

为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震联合作用,分析桩-土相互作用对超大型固定式单桩海上风机结构动力响应的影响。结果表明:针对超大型海上风机,桩-土相互作用效应使风机支撑结构的特征频率降低3%~6%;考虑桩-土相互作用的大兆瓦风机动力响应远大于泥面固定风机模型的动力响应;海上风机尺寸越大,桩-土相互作用引起的海上风机结构动力响应偏差越显著。

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。

微型钢管桩内接于灌注桩围护结构计算方法探讨

针对土岩结合二元地层深基坑工程中“吊脚桩”围护结构存在的问题,提出了灌注桩内接微型钢管桩围护结构。考虑微型钢管桩与桩间岩土的“纽结效应”和开挖后桩间岩石与带裂缝混凝土相似性,将该结构等效为上部灌注桩+下部带裂缝的钢筋混凝土无腹筋等效梁阶梯变截面桩(梁)模型,下部等效梁中微型钢管为纵向钢筋,桩间岩石为带裂缝混凝土。用侧向刚度折减来定量表征围护结构截面减少和岩体裂缝对围护结构刚度影响,提出基于侧向刚度折减的弹性支点法来计算围护结构内力,并考虑纵筋销栓作用计算等效梁抗剪承载力。工程实例计算表明,侧向刚度折减系数β由0.85减至0.12,上部灌注桩弯矩增大55.8%,下部等效梁弯矩减少48.7%,上部灌注桩剪力减少13.6%,下部等效梁剪力减少22.0%,桩顶水平位移增加39.5%。开挖至土岩结合面处该结构相对于“吊脚桩”围护结构,桩顶水平位移、竖向沉降没有明显突增,桩顶最终水平位移、竖向沉降仅为“吊脚桩”围护结构的43%、69%。桩顶水平位移监测值为5.5mm,仅为计算包络值的35%,说明刚度折减系数可适当提高。本研究可为土岩结合二元地层深基坑支护提供参考。

考虑桩-水-土耦合的船桥碰撞损伤特性

船桥碰撞问题是一种复杂的非线性动力学问题,现存规范经验公式只能对其最大碰撞力进行预测,无法全面预测船-桥结构的损伤特性,而有限单元法可有效地对这一不足进行补充。通过LS-DYNA软件研究考虑桩土作用和流固耦合效应的船桥碰撞损伤特性,通过数值仿真与试验结果、AASHTO规范公式的对比分别验证钢筋混凝土材料模型的准确性以及桩-水-土耦合方法的有效性;分析典型碰撞场景下船舶和桥墩桩基结构的碰撞损伤特性;讨论船速和船撞角度等因素对船桥碰撞损伤的影响。结果表明:典型船桥碰撞场景下船舶和桥墩结构的损伤均较为严重;船撞速度、角度越大,碰撞力峰值也越大;桩土作用和流固耦合效应均不可忽略。该结果可为船舶和桥墩结构设计提供一定参考。

基于桩-土相互作用的软土地区结构抗震影响分析

从兰州市某医院的桩-土-结构耦合体系出发,使用有限元软件ABAQUS建立与该建筑所对应的桩-土-结构耦合的三维有限元模型,其中混凝土柱、梁、桩及土体皆使用实体单元(C3D8R)进行模拟,土体使用Drucker-Prager本构模型,桩土接触之间采用主从接触面法来模拟,通过对三种不同地基土工况的整体模型及仅考虑上部结构地基刚接模型进行模态分析与地震时程响应分析,研究了上述四种工况在3条地震波激励下的上部结构动力响应特征。计算结果表明:在考虑桩-土-结构相互作用后其模型自振周期均大于仅考虑上部结构刚接;随着土体弹性模量的降低,其自振周期会有所提升;框架结构的医院虽然楼层较低,但在考虑桩-土-结构相互作用后,对结构的地震响应表现出放大效应;其顶点加速度、顶点位移、层间位移角、基底剪力均大于仅考虑基底刚接;并且随着土体弹性模量的减少,土体的软化,其上部结构的地震响应均有不同程度的放大。

软土地区涉河桥隧合建减沉施工技术研究

针对涉河地下空间隧道和高架路桥建设工程,因周边环境复杂,场区交通压力大,依托235国道杭州老余杭至五常段改建工程,通过河道临时改迁,提出桥隧共线共面结构设计理念,研发一种软土地区涉河桥隧合建减沉施工技术,为类似工程施工提供借鉴。

某建筑物沉降突变原因分析及对预制管桩工程相关问题的反思

通过对某建筑物沉降突变的后果呈现和原因分析,印证了基桩上浮的可能性和危害性。为有效检出上浮桩,对抽样检测的可靠度进行了理论分析,计算出在各种情况下的漏检概率。另外还以本工程为例讨论了低应变法的有效检测深度问题,从而对现行规范中的检测方法和抽检数量提出了修订建议。最后,为减小基桩上浮现象,对接桩质量、收锤标准、挤土效应等问题提出了相应的质量控制对策。

岩溶地区端承摩擦桩复合桩基的工程实践

岩溶地区通常采用常规的桩基方案,需先进行一桩一孔的施工勘察,而且桩基需穿透土洞和溶洞,桩长较长,不仅工期长造价高,也不利于对成桩质量的控制。本文通过工程实践,详细介绍了岩溶地区端承摩擦桩复合桩基的应用,包括基础选型过程、基础设计过程和现场实测检验结果。本工程采用复合桩基的设计方法在保证结构安全的前提下,同时可取得显著的经济效益,本案例可供同类工程借鉴。

带肋竹节桩竖向抗压承载力影响因素分析

带肋竹节桩作为一种新型桩基,其竖向承载能力较普通管桩高,关于其承载特性的理论研究较少。基于现场实测对比试验分析,采用ABAQUS有限元计算对带肋竹节桩的承载特性进行研究,分析带肋竹节桩抗压承载力与竹节数、桩土模量比、肋径比、摩擦系数等参数的关系。研究表明,相对于普通预应力管桩,带肋竹节桩竖向抗压承载力的增大存在最优竹节数;带肋预应力竹节桩极限承载力随桩土模量比的增大而减小,最后趋于定值;随肋径比的增大,其极限承载力先增大后减小;随摩擦系数的增大,其极限承载力与承载力增强系数呈线性增大。在计算分析的基础上给出带肋竹节桩承载力影响因素,为相关工程设计提供一定的参考。

多介质体作用下近海桥梁的地震损伤分析

采用集中质量模型模拟桩-土相互作用,通过Morison方程和辐射波浪理论分别考虑桩基和桥墩动水压力效应,并通过桥墩构件损伤模型定义桥梁结构整体损伤准则,建立了多介质体作用下桥梁结构的地震损伤分析方法。首先对近海连续刚构桥分别进行不同水深和不同土层剪切波速条件下桥梁地震损伤分析,然后进行多介质体作用下桥梁结构的地震损伤分析。结果表明:地震作用下水-结构相互作用增大了桥梁的损伤指数,考虑桩-土相互作用减小了桥梁的损伤指数;多介质体作用下土层剪切波速较小时,水深对桥梁损伤影响相对不明显;桥梁地震损伤程度主要与地表地震动频谱特性相关;桥梁结构以横桥向损伤破坏为主。

基于Pasternak双参数地基模型水平桩简化分析方法

基于Winkler模型的弹性地基反力法是水平受荷桩分析中应用较为广泛的方法,该模型忽略了土弹簧间的剪切作用,与工程实际不符。引入Pasternak双参数地基模型,考虑土弹簧单元间的相互剪切作用,提出了一种考虑土体剪切作用的双参数水平受荷桩分析方法,在计算中采用了考虑地基反力模量随深度变化的改进方法。算例分析表明,随着土体剪切刚度的增加,剪切刚度对水平受荷桩性状的影响愈加明显,该方法与Winkler地基反力法相比,理论上更为严谨,有效地提高了计算精度。

高墩梁桥地震响应分析

本文将对两座高墩桥梁的地震响应进行分析,一座是连续-刚构组合梁桥,另一座是刚构桥。这两种是高墩桥梁普遍采用的桥型,对其进行详细的动力分析对此类桥梁的抗震设计具有一定的指导作用。针对这两种桥梁结构,本文首先分析直接影响结构动力响应的自振特性,从中总结高墩桥梁的特点,然后采用反应谱法、时程分析法分析结构地震响应,并对其结果进行比较,同时讨论桩-土相互作用对高墩桥梁地震响应的影响。

复合地基中群桩相互作用机理的数值试验研究

应用“数值仿真试验”的思路与方法，首先分析了两根桩间的相互影响机理，然后推广到大面积群桩（２５桩）的情况，从而系统研究了桩－土－桩相互作用的机理与效果，及群桩效应中附加应力场、桩身上摩阻力的分布规律与特点，为群桩复合地基的定量设计提供了科学依据，同时也显示了“数值仿真试验”这一思路在复合地基理论的研究中所具有的优越性。

考虑桩周土竖向作用和施工扰动效应时大直径楔形桩的纵向振动特性

将桩土系统划分为数量足够多的微元层,基于复刚度传递多圈层平面应变模型,求得了桩侧土对桩身的剪切刚度。采用Voigt体模拟桩周土与相邻微元桩段交界面上环形截面的作用,求得了弹簧和粘壶系数。通过拉普拉斯变换,结合相邻微元桩段交界面上的位移连续和应力平衡条件,得到了修正的阻抗函数递推法。通过求解微元桩段的动力平衡方程,结合修正的阻抗函数递推法,求得了桩顶的阻抗函数。将该解与已有解进行对比,进一步验证了的楔形桩承载性能的优越性。在桩基动力设计所关心的低频范围内,通过参数分析研究了桩周土的竖向作用与施工扰动效应的耦合作用。

岩溶地区端承桩复合桩基的工程实践

岩溶地区高层建筑基础若采用常规桩基,需进行一桩一探的施工勘探,不仅造价高工期长,而且成桩质量难以保证。本文介绍某工程天然地基虽具有较高的承载力,但仍无法满足高层建筑基础沉降量与软弱下卧层承载力的要求。本文提出端承桩复合桩基的方法,通过在桩顶设置变形调节装置,协调桩、土变形差,实现端承型桩的桩土共同作用,使天然地基承担大部分的上部结构荷载,不足部分由引入的少量桩基来承担。本文详细介绍了端承桩复合桩基的设计方法,并采用数值计算的方法对不同组别的复合桩基深入分析,结果显示,若刚度按实际计算值控制,端承桩复合桩基各项测试指标与设计值较为吻合,该工程目前已进入上部结构施工阶段。本工程采用端承桩复合桩基的设计方法可取得显著的经济效益,本案例可供同类工程借鉴。

桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响

在桩-土-结构弹塑性动力相互作用模型研究的基础上,设计了考虑场地类别、输入地震动等因素的基于相互作用模型的多层和高层钢筋混凝土框架结构算例,分析了桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响,并与不考虑相互作用的结构底部固端模型的计算结果进行了对比。分析表明:相互作用对结构的弹塑性变形的影响不容忽视,考虑相互作用后梁柱塑性铰出现的程度降低;结构底部位移增加而顶部位移减小;薄弱层的层间位移可能增加而其余层的层间位移则减小。现行的结构弹塑性变形验算方法未考虑土-结构相互作用的做法的合理性值得进一步评判。

动静荷载综合作用下桩土共同作用的机理研究

轴向荷载作用下桩与上体的相互作用理论日趋成熟．但是，迭加水平荷载作用后，桩土相互作用机理更复杂，研究面临新的课题 工程上断桩、裂桩的现象时有发生．针对这一问题，主要分析了静压桩施工过程中，由于压桩机运行荷载与轴向荷载的共同作用而产生桩体受损的原因，在轴向荷载作用下桩与土体相互作用模型的基础上，考虑了压桩机水平振动荷载的作用，建立了轴向静荷载与水平向动荷载共同作用下桩土相互作用模型，并初步进行了工程实例验证，结果尚令人满意．

排桩与土钉墙联合支护基坑变形数值模拟

运用有限元分析软件PLAXIS,对采取桩锚与土钉墙联合支护的银川市天玺国际中心项目深基坑变形进行了数值模拟计算。计算模型采用15结点三角形单元模拟土体,土体按照实际情况分为7层,用注浆体模拟混凝土面层,用板单元模拟排桩,用点对点锚杆和土工格栅的组合来模拟土钉。计算结果表明:排桩与土钉墙联合支护结构中,在2种支护形式交接处变形量较大,说明基坑支护材料的刚度对基坑变形影响显著;随着基坑的开挖,边坡的变形量逐渐增大,且坡顶最终变形量大于坡底。将模拟结果与现场监测数据进行了对比分析,得出了类似深基坑变形的一般性规律及以控制变形为目的的改进支护加固方案。