嵌岩桩荷载传递函数及非线性桩刚度确定方法

以桩基荷载传递理论为基础,结合杭州恒隆广场试桩静载荷试验数据,开展了深埋岩层钻孔灌注桩力学特性研究。分析了土层与岩层桩基侧阻力及岩层端阻力随荷载增加的演进过程和发展趋势,并建立了具有场地代表性的荷载传递函数组。研究表明,深埋岩层钻孔灌注桩适合采用荷载传递函数描述其单桩力学特性;通过选择合适的函数形式,可以根据试桩数据拟合得到同一场地不同岩土层的桩基荷载传递函数组;进而可建立不同位置、不同嵌岩深度桩基的桩顶荷载-位移曲线和桩顶荷载-桩刚度曲线。通过与实测结果对比,采用荷载传递法得到的桩刚度曲线与实测结果较为吻合,可用于计算群桩基础反力及嵌岩钻孔灌注桩的变刚度调平设计。

桩土变形计算模型和变刚度调平设计

不同基宽压缩层深度、基础和桩侧土变形范围、双桩相互影响系数以及桩顶荷载分布的测试结果说明 ,土 -土、桩 -土、桩 -桩相互作用效应较连续介质弹性理论值明显弱化。这是导致按弹性理论计算沉降和相互作用影响偏大的基本原因。本文提出土 -土、桩 -土、桩 -桩相互作用影响计算修正模型 ,应用于高层建筑地基 -基础 -上部结构共同作用计算 ,工程验证表明实测沉降等值线与计算接近 ;并提出共同作用变刚度调平优化设计概念与方法 ,应用于 7项工程 ,收到了大幅节约桩基造价、减小差异沉降的效果。

变刚度复合地基处理的有限元分析

在评述现有相关研究成果的基础上 ,针对基底反力的分布特征 ,用弹塑性有限元方法分析变刚度复合地基处理方案对基础最大沉降、差异沉降、筏板弯矩等主要工程特性的影响。从经济性和尽量减小基础差异沉降的角度出发 ,提出地基变刚度调平处理的优化设计原则 。

风力发电机齿轮传动系统的动态优化设计

同时考虑时变啮合刚度、啮合误差以及风速变化引起的外载荷波动,建立了1.5MW风力发电机齿轮传动系统的集中参数模型,并利用谐波平衡法,得到时变振动微分方程的解析解。在此基础上,建立了以各构件的振动加速度和系统体积/质量为目标函数的多目标动态优化模型,利用混合离散变量组合型法对其进行求解。计算结果表明,提出的系统建模和优化设计方法,可有效降低风电齿轮箱的振动水平和质量,为低噪声、低成本的风电齿轮箱的设计提供参考。

复合地基基础空间变刚度调平设计方法的数值模拟

基于地基基础支承刚度与上部荷载分布特征相对应的原则,考虑地基中的应力场、应变场的分布,对地基基础的空间变刚度设计方法进行了数值分析.建立复合地基基础的三维有限元模型,以地基变形模量的变化来反应地基的支承刚度的空间变化,讨论地基支承刚度空间变化时,基础沉降等值线的分布规律,验证了地基基础空间变刚度对减少基础沉降差,改善建筑结构的受力模式,减小筏板内力和厚度、降低上部结构次应力具有显著效应.

刚-柔性桩复合地基变形特性有限元分析

在现场试验基础上对条形基础下刚-柔性桩复合地基进行有限元模拟分析。着重讨论了褥垫层、承台、刚性桩、柔性桩等的参数变化对刚-柔性桩复合地基沉降特性的影响。结果表明,复合地基沉降随着褥垫层厚度减小而减小,随着褥垫层模量增加而减小,承台厚度增加有利于减少差异沉降,刚性桩是控制沉降的主要构件,柔性桩桩长增加可以减少差异沉降。分析结果为刚-柔性桩复合地基的优化设计提供理论基础。

自适应位移调节下摩擦桩系列模型试验研究

为深入研究设置位移调节器后桩筏基础桩土共同作用机制及变刚度调平效果,通过2组室内模型试验,对比分析摩擦型单、群桩在常规工况及位移调节下的工作性状。试验结果表明:(1)单桩试验中位移调节器明显改变荷载传递规律,优先并充分发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比,但是桩顶以下一定范围内存在负摩阻力;(2)摩擦型群桩试验中使用位移调节器,可优化桩基支承刚度,充分发挥地基土承载力的同时顺利实现桩筏基础的变刚度调平,有效减小筏板差异沉降。试验成果可为进一步的理论研究提供试验依据。

路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法

研究目的:路堤下刚性桩复合地基的设计目前大都是沿用刚性基础复合地基设计方法进行,设计结果与实际出入很大,造成刚性桩复合地基造价很高,影响它广泛使用。为了使刚性桩在复合地基中成为路堤荷载承担的主力及刚性桩的高承载能力特性得到较好发挥,本课题开展了大规模的现场试验研究。研究结论:研究表明刚性桩复合地基经验设计方法遵循两条基本原则,一要发挥桩的主导作用,二要充分发挥桩高承载特性。为此,确定桩、土荷载承担比确定为3,扩大桩间距和提高置换率,是实现这两条原则的有效途径。按建议的方法设计刚性桩复合地基时,桩只要打到持力层,路堤的沉降变形是可以控制的,能满足规范对桥头工后沉降的要求,其造价也是可以大大降低的。

变密度法在挖掘机动臂轻量化设计中的分析与应用

基于多体动力学的基本原理,建立了挖掘机工作装置的刚柔耦合模型。动臂拓扑优化设计采用变密度法,以动臂重量最小化为目标函数,以动臂各单元的相对密度为设计变量,强度和刚度为约束条件。根据计算后得到的相对密度云图对动臂进行轻量化设计,优化后的动臂减重最高可达30.8%。对比分析了拓扑优化设计前后动臂在规定时间内动态应力应变曲线变化趋势,应力应变曲线显示优化后动臂的应力和位移均有小幅增大,但均在许用值范围内,结果表明该优化方法是可行的。

急倾斜煤层防水煤柱合理尺寸的理论分析

根据深部急倾斜煤层工作面开采方式、积水位置的不同组合,将防水煤柱留设分成三种常见模式,并分析了每一种模式煤柱留设的主要依据;运用块体极限平衡理论建立急倾斜煤层失稳力学模型,推导出煤柱区段稳定尺寸的计算公式;针对不同矿区的具体条件,提出急倾斜防水煤柱留设合理尺寸的优化体系。将优化设计的理论运用于唐山某矿,得出防水煤柱留设合理高度为59.3 m,而该矿在防水煤柱高度60 m的条件下实现安全试采,说明优化设计理论具有工程实践指导作用。

跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析

刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率对结构受力及工程造价影响较大,为掌握设计参数对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响程度,采用有限元软件建立3种典型桥梁(等截面3×25m连续、变截面单跨40m门架式及变截面x+80m+x连续刚构体系钢轨道梁桥桥型方案)计算模型,分别计算不同梁高、墩柱尺寸、平曲线半径等参数下主梁中支点应力和桥墩配筋率的变化规律。结果表明:针对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响,等截面连续刚构体系钢轨道梁桥对主梁高度及平曲线半径较为敏感,变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥对桥墩尺寸及平曲线半径较为敏感,边跨跨度、中支点梁高、桥墩尺寸及平曲线半径对变截面连续刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响较大。

钢结构高效螺栓连接关键技术研究进展

针对大量使用的钢结构闭口截面构件难以全螺栓连接、风电等大直径高耸钢管结构在风致动载作用下拼接接头抗疲劳能力不足、承受动载的大型钢结构基础预应力抗拔锚栓缺乏设计与施工成套技术等3大问题,通过概念设计、理论分析、试验研究、数值模拟、产品研制、装备开发等手段,研制了单向(边)高强螺栓紧固件、反向平衡法兰连接技术和螺栓预拉力直接张拉法设备、可更换预应力锚栓和大型锚栓施工定位装置,开发了锚栓预应力直接张拉安装技术,提出了梁柱全螺栓连接半刚性钢框架设计方法、拼接节点的等效抗弯承载力设计方法以及防止基础动力疲劳开裂的设计方法,取得了一系列钢结构高效螺栓连接关键技术的研究成果,并在工程中得到了检验和推广应用。

不同材料桩型时的桩基三维有限元分析

近年来 ,以控制差异沉降为目标的桩基础变刚度调平方法在我国岩土工程界受到越来越多的重视和应用。用三维有限元方法研究在同一基础下采用不同桩型情况时各桩沉降和刚度的关系 ,探讨通过改变桩型来调整刚度 ,最后控制差异沉降的方法 ,并通过工程实例阐述运用不同桩型进行设计的概念和方法 ,达到减小差异沉降。

桩基变刚度调平的优化设计及在实际工程中的应用

通过对新旧两版桩基规范的对比,概述了变刚度调平设计的原理和思路,将传统的均匀布桩形式,改进为考虑地基、基础与上部结构的共同作用,对桩土支撑刚度分布实施调整,"抑强补弱",促使沉降趋向均匀。并将该优化思想在实际工程—高层建筑桩基设计中进行应用,减少差异沉降和筏板内力,优化桩基方案,节约成本,获得了经济效益。

单桩变刚度结构隔水导管稳定性研究及设计方法探讨

采用弹性稳定性分析方法,研究和分析了隔水导管稳定性的特点及临界载荷,并根据海上钻井作业中隔水导管设计和使用的实际情况,提出了一种既能增强稳定性,又能降低成本的变刚度结构隔水导管设计方法,并且在考虑自重均布载荷和端部井口集中载荷条件下,对单桩隔水导管的弹性稳定性进行了研究及工程实例计算分析。本文的探讨对于降低海上钻井作业成本和提高隔水导管安全性能将会产生积极的影响。

协同作用分析在大体量改扩建工程中的应用

沉降计算是地基基础工程中的三大难题之一,特别是大体量桩筏基础及桩基础等深基础与上部结构协同作用下的沉降计算。本文以规模较大、桩筏基础、相邻基础的影响较大、荷载分布严重不均匀、对基础变形控制要求十分严格的某改扩建工程为例,采用上部结构—地基—桩筏基础的协同作用分析方法对基础沉降和差异沉降进行了研究,采用变刚度调平设计方法对桩筏基础设计进行了优化。通过实测沉降数据和单桩压桩试验数据证明计算结果是符合实际的。

考虑侧阻分布特征的桩-土-筏板共同作用研究

基于桩基中的Mindlin-Geddes应力解,并结合Mindlin板单元有限元理论,提出了考虑侧阻分布特征的桩-土-筏板共同作用的计算方法。其中对于桩侧阻力按设计桩侧阻力分布或实测桩侧阻力分布条件下利用分段积分法进行计算。由于计算方法考虑了桩侧阻分布特征,因而其计算模型更接近实际状态,同时,该方法能够解决变厚度和变刚度板的计算以及变截面桩的计算,这将使得其适用范围更为广泛。通过对算例和工程实例的计算和对比分析,得出桩侧阻力分布越接近桩顶则桩顶的沉降量越小,这一特点说明侧阻力分布的改变可以引起基桩刚度的改变,因此可以利用这一特性进行桩筏基础设计中变刚度调平设计。分析认为,通过调整桩型或采取后注浆等措施,可以改变桩侧阻力分布形态,从而调整和优化桩筏基础的沉降及其分布。

黄土地基超高层桩筏基础变刚度调平设计

西安飞机公司运营及研发设计中心为黄土地基上的大底盘超高层建筑,塔楼、裙房和地下室连为一体不设缝。针对工程土质地基、摩擦桩型、超高层带裙房等特点,桩筏基础设计时采用以控制沉降变形为目的、以共同工作分析为手段的变刚度调平设计方法,使反力与荷载分布相协调,有效地减小基础沉降差、降低筏板内力及上部结构次应力、减小筏板厚度及配筋;采用合理的基床刚度系数,使变形计算结果接近工程实际;钻孔灌注桩采用后注浆工艺,有利于提高单桩承载力及控制沉降。

挤扩支盘桩的数值模拟及变刚度调平应用

差异沉降是群桩复合地基研究中一个不容忽视的问题,往往使得结构产生不良内力.传统的解决方法是采用改变桩长、桩距、桩径等来实现地基的刚度调平.支盘桩是一种具有高承载力和低沉降量特性的新型桩,通过差分分析软件FLAC 3D对挤扩支盘桩、基础、土层共同作用进行模拟,并对挤扩支盘桩的参数进行敏感性分析,最终达到减少和消除差异沉降的目的,使结构布置更加合理.

变刚度悬臂式双排抗滑桩水平推桩模型试验研究

双排抗滑桩常用于加固大型滑坡,其中悬臂式双排抗滑桩由于施工便利,受到工程界广泛重视。已有研究表明,后排桩承受的滑坡推力大于前排桩,是困扰设计的重要问题。文章借鉴变刚度调平设计原理,通过改变前后排桩间距实现前后排桩刚度的调整,设计了变刚度悬臂式双排抗滑桩支护形式,并进行了室内水平推桩模型试验,得到桩顶及坡顶位移、桩身弯矩以及滑体内土压力分布。结果表明:水平推桩模式下,桩顶位移和桩身弯矩随荷载增大而增大,模型边坡沿着滑动面破坏,根据桩顶的荷载-位移曲线,双排桩在推力作用下的发展过程被划分为三个阶段;适度增大前排桩的桩间距并不会明显降低双排抗滑桩的临界荷载;采用变刚度调平设计悬臂式双排抗滑桩,前排作用被充分调动,前后排最大弯矩差值变小;双排抗滑桩存在明显的三维土拱效应,在推力方向上被划分为后排桩后土拱效应、桩排间土拱效应、前排桩前土拱效应,在深度方向上,滑体中部土拱效应与滑体下部有所不同;适度扩大前排桩的间距,桩排间土体保持稳定,未见土体绕流现象,桩排间土拱效应作用明显。