水平荷载作用下两桩相互作用系数的虚拟桩解法

基于虚拟桩方法,将两桩相互作用的问题分解为弹性半空间扩展土和两根虚拟桩的叠加,其中虚拟桩的弹性模量等于桩的弹性模量与土的弹性模量之差。求解桩–桩间相互作用所需要的第二类Fredholm积分方程的间断点采用显式解,从而提高了该积分方程的数值计算精度,通过算例对比,验证了计算方法的正确性。最后进行了参数分析,结果表明两根桩在水平力单独作用下的转角相互作用系数与弯矩单独作用下的位移相互作用系数相等。     

基于剪切位移法的长短桩复合地基沉降计算

在深入探讨长短桩复合地基作用机理基础上,针对长短桩复合地基的桩–土–承台整体相互作用特点,通过一定的简化假定,建立出长短桩复合地基的沉降计算模型;然后以剪切位移法为基础,引入Mylonakis&Gazetas桩-桩、桩-土相互作用模型,导出长短桩复合地基计算时的桩-桩、桩-土以及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,考虑垫层作用的影响,提出一种综合考虑桩-土-垫层体系共同作用的长短桩复合地基沉降计算方法,并编制出相应的计算程序。最后利用该法对某工程实例进行了计算分析,结果表明,基于本文方法获得的沉降预测值与实测值吻合较好。     

桩顶固定时单桩侧向变形与受力的积分方程解法

基于MukiSternberg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。     

长短桩复合地基应力及沉降规律数值分析

通过大型有限元ABAQUS软件,进行三维弹性有限元的数值分析。以9根长桩、4根短桩复合地基为例,研究了在竖向荷载下长短桩复合地基中承台—垫层—桩—土的共同作用特性,对长短桩复合地基的桩体荷载传递规律、桩土应力比、沉降及其影响因素进行了系统的分析,得出了相应的结论。     

长短桩桩筏基础相互作用系数解法及分析

采用积分方程法推导出求解桩-桩、桩-土、土-土之间的相互作用系数所需要的第二类Fredholm积分方程,利用叠加原理对长短桩桩筏基础进行计算分析,通过与其它计算方法的比较验证了计算方法的正确性.并对长短桩桩筏基础的沉降、各桩以及土之间的荷载分担情况进行了分析.该方法可以用来分析大规模的长短桩桩筏基础,具有较好的工程应用前景.     

水平荷载作用下单桩的虚拟桩解法及参数

根据MukiSternberg的虚拟桩方法,将水平荷载作用下单桩的问题分解为弹性半空间扩展土和一根虚拟桩的叠加,其中虚拟桩的弹性模量等于桩的弹性模量与土的弹性模量之差。基于水平位移协调条件推导出求解桩土间相互作用所需要的第二类Fredholm积分方程,通过广义胡可定律推导出该积分方程间断点的显式解,从而提高了Fredholm积分方程的数值计算精度并简化了计算程序的编写,根据Mindlin解推导出位移影响函数,简化了位移函数的推导过程。参数分析表明,桩土弹性模量比对单位水平力作用下桩身最大弯矩的位置有明显的影响,随着桩刚度的增加,桩身最大弯矩的位置随之加深。     

大面积带垫层刚性桩复合地基的荷载传递分析方法

提出了用迭代法分析带垫层刚性桩复合地基荷载传递特性计算方法。将大规模群桩复合地基中的任意一根桩及其周围的桩间土看作一个存在相互作用力的柱杆系统,单个柱杆用荷载传递法分析,柱杆之间的相互影响用迭代法分析。该方法可方便地考虑桩、土、承台和垫层的相互作用,地基土的分层特性和桩身荷载传递函数的非线性。通过实例验证了本文方法的正确性,讨论了桩土应力比随垫层厚度、垫层模量、桩间距和桩间土模量等因素的变化规律。     

长短桩复合地基数值分析

以数值方法为工具，建立长短桩复合地基的计算模型，探索了长短桩复合地基桩土相互作用的机理，荷载传递的性状及附加应力分布的规律，为群桩复合地基的优化设计提供了理论基础。     

基桩弹性模量对组合桩复合地基桩土荷载分担比的影响

在分析桩土相互作用的基础上,将柔性桩和天然地基形成的复合地基当作刚性桩的等效天然地基,考虑垫层效应,推导了复合地基在弹性工作阶段桩土的荷载分担比及沉降的解析解,利用解析解编制程序分析长、短桩弹性模量对桩土荷载分担比的影响。分析表明,随长桩弹性模量的增大,长桩的荷载分担比增大,短桩及桩间土的荷载分担比减小,但长桩的弹性模量大于28 000MPa时,其对桩土的荷载分担比影响较小;随短桩弹性模量的增大,长桩的荷载分担比减小,短桩及桩间土的荷载分担比增大。     

桩箱(筏)基础与地基土共同作用的分析研究

提出了一种新型桩、土相互作用的地基模型,这种模型是应用了本文推导的位移系数来求解群桩中每根桩的荷载分配系数,以及应用Geddes的应力系数计算桩、土地基的柔度矩阵.同时,用这种模型分析了桩箱(筏)基础与地基土的共同作用.通过实例比较,计算结果较为合理.     

层状地基中群桩基础弹性理论解法及参数分析

根据Muki & Sternberg的计算方法,建立了层状地基中不同桩长、桩径、桩体材料情况下桩桩间的相互作用系数,利用叠加原理对层状地基中群桩基础进行计算分析,通过与已有文献计算结果的比较,验证了计算方法的正确性,并对层状地基中群桩基础的沉降以及各桩的荷载分担情况进行了参数分析。计算方法得到的相互作用系数可以考虑桩的“加筋效应”。能够用来分析大规模群桩基础,具有一定的工程应用前景。     

Influence mechanism of vertical-horizontal combined loads on the response of a single pile in sand

Pile foundations are used to support both vertical and horizontal loads in many geotechnical projects, such as the coastal and offshore engineering. The responses of piles under vertical-horizontal combined loading are separately analyzed and then superposed in current design practice. This simplified analysis approach does not take the coupling effect of the combined loads into consideration. The research on this topic is limited and the results reported to date are inconclusive with regard to the influence of vertical loads on the horizontal response of piles. In this paper, a series of centrifuge model tests under different vertical-horizontal combined loading conditions was performed to investigate the influence rules and mechanism of the combined loads on the response of piles in sand. The vertical load is shown to densify the soil near the pile and therefore decrease the horizontal displacement and bending moment of the pile: this is termed the “soil densification effect”. The vertical load induces an additional bending moment of the pile due to the lateral deformation of the pile: this is termed the “P-Δ effect”. The soil densification effect plays a dominant role in the early horizontal loading while the P-Δ effect is strengthened as the horizontal loads increases. These compound effect of these two seemingly opposing effects is a decrease in the bending moment of the pile decrease first then increase as the horizontal load increases. Additional settlement of the pile is caused by horizontal loading and isa positively correlated with the pre-vertical loads.     

考虑遮拦-加筋效应的刚性承台群桩非线性分析

文章介绍竖向受荷单桩非线性分析方法,双桩分析时,在前人工作基础上推导了分层土中被动桩遮拦-加筋效应的矩阵表达式,并结合叠加算法建立考虑遮拦-加筋效应的群桩非线性分析方法,对群桩刚度及桩身附加轴力进行分析,较好地解决了线弹性分析方法高估群桩相互作用的问题。最后通过已发表的刚性承台群桩算例验证文章方法的合理性。     

A simplified analysis method for the influence of tunneling on grouped piles

One of key issues of tunneling in urban areas is to assess the likely impact on adjacent piled buildings of tunnel construction. Simple and reliable predictions of tunneling-induced bending and axial stresses in pile foundations are important to the safety of tunneling. In this paper, a simple two-stage analysis method for determining the response of pile groups caused by tunneling was presented. At the first stage, an analytical solution proposed by Loganathan and Poulos [Loganathan, N., Poulos, H.G., 1998. Analytical prediction for tunneling-induced ground movement in clays. J. Geotech. Geoenviron. Eng., ASCE 124 (9), 846–856] is used to estimate the free-field vertical and lateral soil movements induced by tunneling. At the second stage, assuming no slippage at the soil-pile interface, the Winkler model is first adopted for simulating the pile-soil interaction, combined with finite difference method in the case of multi-layered soils. Then, shielding effect is considered for the interaction between two passive piles using a logarithmic attenuation function suggested by Randolph and Wroth [Randolph, M.F., Wroth, C.P., 1979. Analysis of the vertical deformation of pile groups. Géotechnique 29 (4), 423–439] for vertical response and Mindlin’s solution for lateral response. Finally, the response of a passive pile group due to tunneling is obtained by the superposition principle. Solutions obtained by the proposed approach for the analysis of single piles and piled groups subjected to ground movements induced by tunneling are compared with those using the boundary element program GEPAN. Comparisons are also made between the observed behavior of centrifuge model tests as well as field measurements and those computed by the proposed method. It is demonstrated that the present method can in general give a satisfactory prediction of the response of passive piles subjected to tunneling.     

水平及扭转荷载作用下群桩基础受力分析方法

江河与海上的大型结构在船舶撞击、风浪等作用下,其桩基础往往会受到水平及扭转荷载共同作用,极易造成基础倾斜倒塌。针对水平和扭转共同受荷下群桩基础,建立了由刚性承台-弹性梁-土非线性弹簧组成的群桩计算模型。通过水平p-y曲线法、竖向荷载传递法、扭转τ-θ曲线法,计算单桩非线性刚度;群桩各基桩间相互作用和基桩各自由度耦合,通过考虑p乘子和运用考虑推力弯矩影响的基桩受扭计算模型体现。结合牛顿迭代法,对计算模型进行求解,并与大尺寸物理模型试验结果进行了对比。通过参数分析表明在水平和扭转荷载共同作用下,群桩中各基桩桩头剪力分配不均性十分显著;并获得不同承台高度时群桩中基桩轴力变化规律,为复杂荷载下群桩设计提供依据。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

弹性桩与弹性梁通解

本文根据温克勒假定提出了在横向力作用下的垂直桩以及在垂直荷重与力矩作用下的弹性地基梁的统一内力计算方法。适用于各种K值分布形式,既可用于单层土壤又可用于多层土壤的垂直桩;不仅可用于匀质地基,亦可用于非匀质地基的弹性地基梁。例如一端为开挖地基另一端为回填地基的弹性地基梁;或用于具有桩基的地基梁如何考虑桩土共同作用的情况。本文提出的方法,概念清晰,计算简单,可省去解联立方程所花费的工作量。     

盾构开挖下邻近既有桩基的竖向响应分析

当桩顶作用有不可忽略的上覆外荷载时,通过桩身向周围土体传递的荷载必然会较大地改变桩周土体的应力状态,因此邻近隧道开挖引起的地层位移将会与自由场差别明显,为探究既有桩基在邻近盾构隧道开挖及桩基上覆荷载同时作用下的响应规律,结合两阶段法,通过引入Boxlucas1指数函数模型来描述桩土间的非线性作用,进而提出了在盾构开挖影响下,一种计算邻近既有桩基竖向响应的简化分析法,分析中考虑了当前研究中大都忽略的上覆外荷载作用,并分析了不同外荷载作用下的桩基响应规律。研究表明:当桩顶无荷载作用时,桩身轴力先增大后减小,最大轴力出现在隧道中心深度附近;当逐渐增加桩顶外荷载时,桩基下部的摩阻力先于上部到达极限,桩基轴力呈现出"先缓慢减小、再急剧减小、最后再缓慢减小"的"三段式"递减规律。     

桩筏基础的相互作用系数解法及参数分析

采用积分方程法推导出求解桩–桩、桩–土和土–土间相互作用系数所需要的第二类Fredholm积分方程,利用叠加原理对桩筏基础进行计算分析,通过与常规弹性理论方法计算结果的比较验证了本文方法的正确性。最后对桩筏基础的沉降、各桩以及土之间的荷载分担情况进行了一系列的参数分析。此方法可以用来分析大规模桩筏基础,具有较好的工程应用前景。     

竖向及水平荷载加载水平、顺序对单桩承载力的影响

在桩基础设计中通常分别确定单桩的竖向和水平承载力,而不考虑竖向荷载与水平荷载之间的相互作用对桩承载力的影响,这显然不能反映桩的真实受力状况。软土地基上建造超高层建筑有时需要采用长度达80 m甚至更长的超长桩,目前考虑超长桩的竖向荷载和水平荷载二者之间相互作用的研究还很少。利用有限元软件ABAQUS模拟天津市某工程的79 m长桩载荷试验结果,通过参数调整使有限元计算结果与载荷试验的结果一致,在此基础上进行仿真模拟,研究竖向及水平荷载作用下超长桩的荷载传递与变形特点。分析结果表明超长桩表现出与已有文献中的刚性短桩不同的变形特性:对于承受水平荷载与竖向荷载的桩,竖向荷载对水平荷载作用下桩的性状的影响与竖向荷载相对于水平荷载的施加顺序、竖向荷载的大小以及土质条件等均有关。就本文算例,先施加竖向荷载再施加水平荷载时,存在一个最优的竖向荷载,在最优竖向荷载作用下,竖向荷载减小桩顶侧移的有利作用最明显,且竖向荷载减小桩顶侧移的作用主要表现在水平荷载加载后期,即水平荷载较大时。在土质条件较好的情况下竖向荷载对桩顶侧移的有利影响不如土质条件较差时那样明显。先施加水平荷载再施加竖向荷载时,竖向荷载不再起到减小水平荷载作用下桩顶侧移的作用。加载顺序变化对桩水平承载力的影响要大于对桩竖向承载力的影响。