层状地基中考虑桩端应力扩散的单桩沉降计算

针对现行单桩沉降计算方法没有考虑桩端应力扩散效应的问题,基于虚土桩模型,提出一种考虑桩端应力扩散效应时层状地基中的单桩沉降计算方法.在土层处于弹性状态下,桩侧土采用双折线模型,桩端土采用虚土桩模型并考虑应力扩散效应,利用荷载传递法,推导出层状地基中考虑桩端应力扩散效应时的单桩沉降计算公式.进一步讨论了该方法中弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、桩端土厚度和应力扩散角等参数对单桩沉降的影响.结合工程实测数据,对比了该方法计算的荷载-沉降曲线、由规范方法得到的荷载-沉降曲线和实测曲线,结果表明:考虑桩端应力扩散效应时单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较为吻合,实际工程应用优于规范法.

考虑应力扩散时桩端土性对单桩沉降影响分析方法

基于虚土桩模型,分析了层状地基中桩端土性对单桩沉降特性的影响。首先,以虚土桩扩散角反映桩端土层应力扩散效应,将桩端一定锥角范围内由桩端至基岩面的土体视为虚土桩,并根据其变截面特性,将虚土桩沿纵向划分为有限个微元段。然后,对桩及虚土桩桩侧土体采用理想弹塑性荷载传递模型,利用荷载传递法,推导了层状地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的单桩荷载-沉降递推计算方法,并进一步得到了桩身轴力及桩侧摩阻力递推计算式。在此基础上,给出了荷载传递模型参数选取方法,并分析了虚土桩临界深度的影响因素及由实测荷载-沉降曲线反演虚土桩扩散角的可行性。最后,利用该方法分析了桩端沉渣和软弱下卧层对荷载-沉降曲线的影响。结果表明,考虑桩端土层应力扩散效应时,通过计算得到的桩顶及桩端荷载-沉降曲线与实测曲线吻合较好;当桩端存在沉渣或软弱下卧层时,采用虚土桩模型的单桩沉降计算方法可以在一定程度上反映沉渣特性及软弱下卧层埋深等因素对桩顶荷载-沉降曲线的影响。

基于薄环层元法的层状地基中摩擦桩竖向受荷计算

基于薄环层元法和虚土桩假设,提出了层状地基中竖向受荷摩擦桩计算模型。将桩身正下方至基岩间的土层视为虚土桩,并将桩土体系划分为多个薄层单元;随后利用虚位移原理求得薄环单元和桩单元的单元矩阵方程,并根据单元间平衡关系建立整体矩阵方程;最后通过桩与桩周土的协调关系,计算出层状地基中桩土体系位移。计算结果与已有方法结果吻合良好,验证了本文的正确性与可靠性。参数分析表明,计算单元厚度越小,精度越高;三层地基中的摩擦桩,中间夹层模量越大,其分担的荷载越多。桩端下卧土层厚度越小,桩端刚度越大。当桩端土厚度小于0.3倍地基厚度时,桩端刚度显著增大。当桩端以下土体分层时,桩端刚度与持力层厚度和强度密切相关。

振动沉拔桩机“三化”综合设计

引入新近提出的先进“三化”综合设计方法(动态化、智能化、可视化),对振动沉拔桩机进行“三化”综合设计,对其动态特性进行分析,工作过程进行智能化控制,最后建立其可视化模型,对其整体工作性能进行分析。结果表明采用“三化”综合设计法可以大大简化振动沉拔桩机的开发设计过程,提高总体设计水平。

板桩结构计算的拟简支梁法

基于竖向弹性地基梁计算模型,提出了板桩结构计算的拟简支梁法.通过在板桩拉杆锚碇点与板桩底端设置计算模型的人工支座,即将板桩的计算模型简化为简支梁,建立板桩与土的变形协调方程,再根据板桩的边界条件,建立静力平衡方程,求解得板桩的内力及拉杆拉力.应用拟简支梁法对我国板桩码头进行结构计算的结果,与通用有限元计算软件ANSYS的计算结果十分接近.

多排桩隔振的Floquet变换解法

基于Floquet变换方法,建立了周期性多排桩隔振问题的数值计算模型。首先利用Muki的虚拟桩方法,将桩土体系分解为拓展半空间弹性土和一系列虚拟桩。利用半空间土体的基本解,自由波场解及桩土协调条件,建立了多排桩的第二类Fredholm积分方程。根据Floquet变换方法,得出了多排桩在波数域内的积分方程。求解该积分方程即得多排桩在波数域内的解,对波数域内的解进行Flo-quet逆变换,即得多排桩在空间域内的解。基于文中的数值模型,给出了一个算例。

多层软土地基中桩基水平承载计算研究

针对目前JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》关于桩基水平承载力计算中存在的水平抗力系数比例系数m取值模糊、未考虑黏性土黏聚力引起的表层土水平抗力影响等问题,根据常微分方程的幂级数解法,在考虑黏性土黏聚力引起的表层土水平抗力影响下,通过数学推导给出了双层土地基中的桩基水平承载力及变位计算解析通解。基于通解,利用Matlab软件给出了半刚性桩桩顶水平位移及转角的半解析计算式;同时,推导了由地基土抗剪强度指标c、φ计算其水平抗力参数的解析式,推求了新的桩基水平承载力计算式;在此基础上,给出了桩身最大弯矩处深度及最大弯矩值的简化计算式。依托于浙江省一桩基工程案例,运用研究的计算方法,对桩基水平承载力进行了计算,同时将计算结果与现场试桩的水平承载力检测值进行了验证对比。验证结果表明:根据地基土抗剪强度指标推求出的桩基水平承载力计算方法具有较强的工程应用价值。

刚性嵌岩桩单桩刚度系数推导

群桩基础单桩内力计算,最重要的一环是先求得各单桩刚度系数,在桥梁基础中,弹性桩较为普遍,其单桩刚度系数根据规范易得,而实际工程中,会遇到桥址处为岩石地质,而且基岩面起伏比较大的情况,这时就会出现刚性嵌岩桩,如何求解刚性嵌岩桩刚度系数十分关键。根据刚性嵌岩桩的特性,不计桩侧土压力对桩身产生的侧移,运用结构力学及材料力学相关知识推导刚性嵌岩桩的单桩刚度系数,并与规范提供的刚度计算方法进行对比,以此说明公式适用范围。解决了包含刚性嵌岩桩的群桩基础的单桩内力计算问题。

基于功率环解耦的充电桩并网稳定性研究

随着电动汽车的普及发展,充电桩并网稳定性问题亟待解决。文章采用VSG控制方案,首先分析电网电压、频率以及线路阻抗对功率环耦合程度的影响,引入虚拟负阻抗对功率环进行解耦设计,实现功率稳定馈送。同时,在分别设置电网的对称故障和不对称故障两种工况下,进行该控制方案应对主网振荡时稳定运行的可行性研究。基于虚拟负电阻功率环解耦设计的VSG控制方案能够更好地实现电动汽车充电桩稳定并网,提高了其应对主网故障的灵活自控能力。

软弱地层双排板桩围堰水平位移简化计算方法

为研究围堰内部基坑开挖时双排板桩的变形特性,提出了一种适用于软弱地层实际的双排板桩围堰水平位移计算方法。针对该地层围堰底端水平位移不可忽略的问题,在堰芯填土不可压缩假定下,构建了桩底为非固定端的双排板桩围堰计算模型。通过将背水侧被动区土体简化为弹性地基梁,获得降水阶段围堰水平位移微分方程。再进一步采用影像源法计算基坑开挖引起的土体位移场,推导出降水及基坑开挖引起的围堰水平位移微分方程,并利用有限差分法求解出围堰水平位移近似解。依托实际工程,将计算结果与有限元数值模拟结果、监测数据对比,结果表明:对于艾溪湖隧道工程,钢管桩水平位移的理论计算结果较数值结果偏小7~11 mm,桩顶水平位移最大处偏小15%;对于雁洲水闸工程,钢板桩实测水平位移最大值较理论计算值偏小约16.7%。总体上,对比结果均较为吻合,证明了所提简化计算方法的合理性及适用性。

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。

基于虚拟嵌固点法计算钢管桩稳定性研究

既有建筑物增设地下空间时,需要采用桩基础支撑上部结构,才能开挖建筑物下的土体。随着桩周土体的减少,钢管桩的稳定性会相应降低。利用虚拟嵌固点法提出了桩入土深度部分处于嵌固、未嵌固和半嵌固三种状态下受压计算长度公式。在模型箱内利用杠杆加载的方式进行了钢管桩的受压稳定承载力试验,分析了不同直径、外露长度的钢管桩在改变入土深度过程中稳定性的变化规律,结果表明:随着桩入土深度的增加,桩的稳定系数趋近一定值,该深度即为临界入土深度;桩的临界入土深度与外露长度无关,但与桩的刚度有关,刚度较大的桩,其临界入土深度也相应增加。比较虚拟嵌固点法、试验和JTS 167-4—2012《港口工程桩基规范》中规定方法得到的稳定系数可知,规范方法计算值明显偏低,虚拟嵌固点法计算值与试验值比较接近。