PHC-钢管组合桩竖向荷载传递机理研究

PHC-钢管组合桩因抗腐蚀、贯入性能好,在高桩码头开始推广使用。但是其上部是PHC管桩,下部是钢管桩,两者桩径不同,弹性模量和密度等差异很大,荷载在桩体中的传递呈现出不同的作用机理,传统计算方法无法直接应用于其竖向承载力计算,而且该桩型竖向荷载传递机理研究未见报道,导致PHC-钢管组合桩竖向荷载设计缺少机理依据。运用FLAC3D软件并基于镇江扬中长江沿岸地区地质条件,对PHC-钢管组合桩进行竖向静载数值计算,同时考虑土体软化特性、桩土接触特性及沉降大变形问题,对"接桩部位埋深"、"接桩部位面积"问题进行研究。分析其不同组合下对桩身极限承载力的影响以及桩身轴力、侧摩阻力分布规律。结果表明,镇江扬中长江沿岸地区打入的PHC-钢管组合桩是端承摩擦桩;接桩部位埋深与面积会影响极限承载力和桩体失稳后沉降值大小;桩身轴力在接桩部位发生较大衰减;桩侧摩阻力随深度变化较复杂;整桩侧摩阻力极值出现在接桩部位。     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p-y曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为3 m以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩(4～8 m)结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线;采用ABAQUS建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的p-y曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的p-y曲线法过于保守,规范推荐的p-y曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析;所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p－y 曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为 3 m 以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩( 4～8 m) 结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线; 采用 ABAQUS 建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的 p－y 曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的 p－y 曲线法过于保守,规范推荐的 p－y 曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析; 所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

土中中风化嵌岩抗拔桩承载机理研究

根据某工程中风化嵌岩抗拔桩自平衡静载原位试验,对试验数据进行简要分析,结合该工程地质条件,选择合理的岩土力学参数和试验数据,建立了合理嵌岩抗拔桩FLAC^3D数值分析模型。运用所建立的数值模型对3根抗拔桩进行自平衡试验直至破坏,确定了各桩的极限承载力,并且研究了同一条件下不同嵌岩深度对抗拔桩的极限承载力的影响及抗拔桩桩侧阻力、桩身轴力随外荷载的变化情况。研究结果表明:①风化岩石地区建立模型时,岩石剪切模量及体积模量需要按试验换算值折减到1/10左右,才可建立合理的数值模型;②嵌岩抗拔桩的极限承载力主要受嵌岩深度的影响,同一条件下,嵌岩抗拔桩极限承载能力随嵌岩深度、桩长增加而增大,且桩设计时其嵌岩深度不宜太小;③随着埋置深度的增加,桩侧阻力先增大后减小,桩中间侧阻力对极限抗拔承载力贡献最大;④抗拔桩的桩径对极限承载力具有尺寸效应。     

PHC——钢管组合桩轴向静载试验3D仿真分析

PHC—钢管组合桩是由PHC管桩和钢管桩拼接而成,下部钢管桩参与极限承载力设计,同时具备两种桩基的优点,在水利水运工程中得到越来越多的应用;但是PHC—钢管组合桩的轴向极限承载力的计算依据尚未得到系统研究。以PHC—钢管组合桩轴向静载实验为例,选用FLAC3D有限差分软件,通过建立接触面模拟桩土之间的接触关系,模拟分析了全程静载试验沉降过程,得到了PHC—钢管组合桩竖向位移场分布、试验桩极限承载力、试验桩桩身微应变。由此,讨论了PHC—钢管组合桩在在静载试验中的力学规律,为PHC—钢管组合桩极限承载力设计提供分析依据。     

岩质海床海上风机大直径单桩基础关键参数敏感性分析

针对台湾海峡岩质海床的海域特点,结合工程实例,以大直径单桩基础方案为研究对象,基于有限元分析软件ABAQUS,通过数值模拟方法对大直径单桩基础关键参数进行敏感性分析。研究成果表明:在进行桩-土相互作用的有限元模拟时,土体弹性模量的选取对单桩基础钢管桩的变形影响非常显著,其次是钢管桩桩径和入土深度,钢管桩变径段的位置影响最小。该成果可为类似海域大直径单桩基础结构设计及后续优化方向提供参考。     

碳纤维钢骨－钢管混凝土柱抗震性能研究

针对目前钢管混凝土特性,研究了碳纤维钢骨－钢管混凝土柱在循环荷载作用下的力学性能, 制作3个试件进行拟静力试验,并利用有限元软件,分析不同混凝土强度、碳纤维层数、轴压比以及钢管 直径因素对柱的受力影响情况进行模拟。结果表明:随混凝土强度在一定范围内的提高,结构承载力提 高;碳纤维层数的增多,对构件初期刚度影响不大,极限荷载值有所提高;构件的轴压比在一定范围内越 大,试件的极限承载力降低,试件后期越容易出现快速破坏;构件内部钢管直径变大,构件的极限承载力 有所提高。综合看出碳纤维钢骨－钢管混凝土柱有较好的延性,具有良好的抗震性能。     

洋山深水港区大直径砂桩加固优化分析

洋山深水港区是世界上第一个外海孤岛建港的工程,该工程在外海深水区首次采用大直径砂桩进行软弱淤泥质地基加固.根据实际工程地质概况,建立了接岸结构以及砂桩加固土层的三维有限元模型,对不同砂桩地基加固方案进行了数值模拟,研究了不同加固方案下接岸结构桩基内力、承台位移、加固土层的变形特征及影响接岸结构的稳定因素;针对砂桩加固软土地基的方法与机理,对洋山深水港区砂桩加固范围、砂桩加固深度以及砂桩置换率进行了优化分析,为外海深水区类似工程采用大直径砂桩加固软土地基的设计提供了理论基础和实际依据.     

海上大直径单桩基础p-y曲线修正

海上风力发电作为一种具有前景的可再生能源,目前的增长十分迅速。超大直径钢管桩是目前海上风机结构的最常用基础型式,API规范建议的p-y曲线法是目前评价钢管桩水平承载能力的主要方法,但其对大直径桩基的适用性有待探讨。本文通过开展系列三轴CU试验标定了等向硬化模型中的各个参数,并通过与实测土体应力-应变曲线的对比验证了建立的等向硬化模型的可靠性。基于该模型采用三维有限元方法分析了黏土中大直径桩基的水平受荷特性,结果发现规范方法低估了大直径刚性桩p-y曲线的初始刚度和土体极限抗力,因此考虑土体强度不均匀性、桩土间粗糙度及桩径效应的影响,对极限土抗力pult和桩体变形参数yc进行了修正,提出了大直径刚性桩修正p-y曲线计算方法。基于现有离心模型试验验证了所提方法的合理性,为海上风机大直径单桩水平承载力计算提供了参考。     

单桩竖向抗拔承载力离心模型试验研究

结合某海上风电场桩基工程中的大直径超长钢管桩抗拔承载力研究,利用离心模拟技术,初步推求得出荷载-位移的关系曲线（即Q-S曲线）,并与现场抗拔试验成果得出的Q-S曲线进行了比较,分析两者加载方式和加载速率的不同对Q-S曲线的影响。结果发现,上拔力的加载速率较快,求得的单桩抗拔极限承载力偏高。     

加翼桩水平承载力计算方法研究

加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。     

复合地基中桩基础的试验与计算理论研究

本文通过模型试验和有限元数值计算，对软土地基中桩基础和碎石桩复合地基中桩基础的作用特性进行了研究，结果表明:用碎石桩复合地基的方法可以有效地改善桩、土、承台体系的共同作用，提高桩基础的整体承载力。并提出了基于极限状态的桩基础加固的计算机设计方法，可应用于工程实践。     

基于土体塑性与剪胀的复合地基静载数值模拟

CFG桩复合地基的承载力计算仍依赖于现场的静载试验以及经验公式等原位测试手段,但原位测试和经验公式均存在局限性,不能真实反映地基的实际承载情况。通过数值分析预估其承载力成为新途径之一,而提高数值分析精度问题的重点就是采用能够合理模拟土体特性的本构模型。运用Plaxis软件对海积软土上CFG桩静载试验进行数值分析,并采用能够有效反映土体塑性与剪胀性的Hardening-Soil模型来模拟桩间土。将数值分析结果与现场静载试验的对比发现,采用该模型能够很好地反映复合地基的承载力,同时也较好地反映了CFG桩的变形和再加载特性,为软土区CFG桩复合地基的设计施工提供了参考。     

不同施工工艺下桥桩极限承载力仿真研究

为研究正循环成孔、螺旋钻成孔两种施工工艺下桥桩极限承载力,通过对现场静载荷试验进行有限元数值模拟,确定桩基极限承载力及桩侧摩阻力分布,将理论计算值、试验实测值及模拟计算值对比分析。分析结果表明,桩-土界面引入无厚度Goodman摩擦单元,并考虑地应力平衡,能较好模拟桩土真实状态;正循环成孔桩初期的极限承载力较螺旋钻成孔桩小,经过桩周土较长时间的固结,其极限承载力接近于螺旋钻成孔极限承载力;采用螺旋钻成孔的情况下,古土壤和老黄土极限侧摩阻力推荐值为75 kPa。     

环向加筋灰土墩极限承载力计算方法

本文结合理论分析和数值模拟,分析了大直径环向加筋灰土墩加固机理和承载特性,通过因素分析研究了影响其极限承载力的因素及规律;结合数值计算结果对规范规定的承载力计算方法中的端阻力发挥系数进行修正。研究表明:通过设置环向加筋材料能够大幅度提高灰土墩极限承载力,且环向加筋灰土墩承载力随着环向加筋材料抗拉强度的增大而增大;承载力随加筋材料强度的提高而提高,引入能够考虑加筋作用和土的强度的端阻力发挥系数,并给出了其确定方法,对规范计算极限承载力的方法进行了修正,修正后的计算方法能够较好反映环向加筋灰土墩承载特性。     

砂土中支盘桩抗压性能试验研究

支盘桩轴向受压过程是桩与周围土体相互作用的过程,研究支盘桩桩周土体的变形破坏机理对支盘桩竖向承载力的预测具有重要的意义。通过利用粒子图像测速技术进行了一系列的室内双支盘桩模型试验,对轴向荷载作用下支盘桩桩周土体变形特性进行非介入式测量。试验结果表明,不同相对密度下的荷载－位移曲线存在明显差异,相对密度增大可以大幅度提高双支盘桩竖向承载力并有效减小桩基沉降,密砂中双支盘桩的极限承载力是松砂的两倍以上。试验中发现支盘间距对支盘桩的竖向承载力有显著影响,随着盘间距的增加,支盘桩承载力增大但承载力增长率呈现出逐渐减小的趋势。针对地基土为密实砂土时,双支盘桩的支盘间距宜取盘径的３倍。     

微型桩抗弯承载力试验研究

对于存在安全隐患且急需抢险处治的的滑坡、路堤边坡、基坑等救灾工程,坡体稳定性差,传统支挡结构难以实现快速施作,而微型桩具有明显优越性。但不同形式的微型桩,其承载力及破坏特征不同。通过改进yas-2000型压力试验机,并将其用于测试钢筋混凝土桩、钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力,结果表明:①钢筋混凝土桩的受力全过程可分为3个阶段,即未裂阶段、裂缝阶段及破坏阶段;②钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的受力过程可分为4个阶段,即压实阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;③通过对比分析上述3种不同结构微型桩的荷载-位移曲线得出在3种不同结构的微型桩中,直径相同时钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力最大,其极限弯矩值为209.21 kN·m。     

加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真

针对海上风电机组大直径单桩基础水平位移不易控制等问题,提出了一种加装稳定翼的单桩结构型式.通过在近地表(泥面)一定范围内的桩身设置一组翼板,充分利用浅层桩前土的抗力,增强了基桩水平承载性能.借助数值仿真计算结果,采用指数拟合法、四阶多项式拟合法对水平荷载与基桩水平位移关系进行拟合,进而求解单桩水平极限承载力.结果表明,四阶多项式拟合法精度更高;加装稳定翼的单桩水平位移及桩身最大弯矩明显降低,单桩水平极限承载力显著增强,稳定翼安装位置会对基桩水平承载力的提高效果产生影响.该结构形式可推广到其他海上风电基础结构小直径钢管桩的桩型改良中,有利于减小相应的材料成本及施工成本.