竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度对其承载力特性影响

针对我国大型深水港口工程及跨海大桥工程中大直径钢管桩的承载力特性研究较少的问题,以湛江某集装箱码头中的大直径钢管测试桩A为例,通过对数值计算与现场静载试验数据的对比分析,确定了ABAQUS有限元软件对大直径钢管桩承载力数值模拟的有效性,表明该软件能对大直径钢管桩承载力特性进行定性和定量分析,继而分析了竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度（桩径和桩长）对其承载力特性的影响。结果表明,随钢管桩桩径的增大,其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端阻力随之减小,桩端沉降与桩顶沉降之比亦逐渐减小;随桩长的增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力均显著提高,但桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小,因此在设计中应选取合适的桩长并以桩身变形作为控制参数。     

嵌岩桩单桩竖向承载力性状研究

用三维有限单元法对嵌岩灌注桩的桩侧阻力、端阻力、嵌岩深度进行了分析计算。讨论了侧摩阻力对桩承载力的影响,桩承载力与嵌岩比的关系,以及不同岩层与端阻比的关系,并提出了不同桩长的桩具有最佳嵌岩深度。     

嵌岩桩单桩竖向承载力性状研究

用三维有限单元法对嵌岩灌注桩的桩侧阻力、端阻力、嵌岩深度进行了分析计算。讨论了侧摩阻力对桩承载力的影响．桩承载力与嵌岩比的关系。以及不同岩层与端阻比的关系，并提出了不同桩长的桩具有最佳嵌岩深度。     

密实度对桩端承载力影响的离散元分析

为探究土体密实度对桩基的滑动面和破坏机理产生的影响,采用PFC3D软件模拟浅埋条件下的单桩在密实和松散砂土中的载荷试验,从微观角度揭示密实和松散两种状态对桩端承载机理的影响。结果表明,在桩端承载力与沉降位移的关系曲线中,密实地基的桩端阻力存在明显的峰值并出现沉降软化,松散地基的桩端阻力不断增大;通过颗粒速度场随桩体位移的变化,密实地基的破坏面与MEYERHOF G G提出的破坏面类似,松散地基的破坏面与VESIC A S提出的冲剪破坏面和局部剪切破坏面类似;通过颗粒位移场随桩体位移的变化,密实地基桩端附近土体发生侧向挤压和隆起而松散地基桩端土体仅发生严重的侧向挤压;通过分析地基破坏后的颗粒接触力,密实地基的力链有沿桩端向桩端以上的地基边界和桩身发展的趋势,松散地基的力链集中在桩底以下并向下传递;通过孔隙比和应力状态随加载过程的变化可知,密实地基发生土体剪胀,松散地基发生土体剪缩。     

桩身尺寸对超长摩擦桩承载性状的影响

基于三维有限元方法,以苏通大桥索塔地基中的粉细砂层为地基土,并假定为半无限均质地基,研究了超长桩桩长、桩径对超长摩擦桩承裁性状的影响.计算结果表明,增大入土桩长或桩径,桩顶极限荷栽和桩侧极限阻力均增大.     

打桩过程中已打入桩对软土变形的遮拦效应研究

基于理论分析结果及有限元数值模拟,分析了打桩过程中软土中已打入桩对水平位移及地表隆起的遮拦作用.结果表明,对相对均质的土层,已打入桩对水平位移的遮拦作用很小.桩距变小,将使已打入桩桩体受力增大而引起已打入桩偏位的增大.打入桩间隔期较短时,已打入桩对地表隆起的遮拦作用主要体现在对土体位移的水平阻隔上,土体沿桩土界面发生流动向上隆起.而间隔期较长时,桩土间存在有较大的摩阻力而限制了土体的位移,已打入桩的遮拦作用体现在竖向摩阻力对土体隆起的抑制方面.     

竹根沙海域单桩基础竖向承载力特性数值模拟研究

  目的  江苏省主要风电工程位于岸外辐射沙洲海域,研究该地层大直径单桩承载性能具有重要意义。  方法  基于辐射沙洲钢管桩试桩试验,建立单桩基础FLAC3D数值模型,开展不同直径钢管桩基础承载性能数值模拟研究。  结果  结果表明: FLAC3D数值模拟所得钢管桩桩顶的竖向荷载-位移曲线（Q-s曲线）与实测曲线变化趋势基本一致;随着埋深的增加,泥面以下桩身轴力不断减小,桩侧摩阻力为轴向承载力的主要提供来源,桩端阻力所提供的轴向承载力相对较小;桩径与钢管桩极限竖向承载力符合非性关系,单桩极限竖向承载力随着桩径的增大而增大,当桩径增加2倍,相应的竖向极限荷载增加3倍。  结论  相应结果可对实际工程提供参考。     

长江下游某通用码头散货泊位PHC-钢管组合桩钢管桩长度确定

针对长江下游地区某物流通用码头散货泊位处水体较深、软土（淤泥质粉质粘土）较厚等不利岩土工程条件,确定采用PHC-钢管组合桩作为地基基础,而确定组合桩中的钢管桩长度部分尤为重要。为此,在考虑土体软化特点、桩土接触关系、桩身沉降等基础上,采用FLAC3D软件构建了PHC-钢管组合桩—土模型,进而计算了6根PHC-钢管组合桩中不同钢管长度时的桩身极限承载力、轴力、侧摩阻力。结果表明,钢管桩较短时,组合桩的极限承载力较高;改变钢管桩长度,使PHC管桩与钢管桩的接桩部位处于粉质粘土、粉细砂层时,轴力与侧摩阻力变化较大;接桩部位位于持力层时,缩短钢管桩长度会降低整桩极限承载力及接桩部位的侧摩阻力。通过对比分析钢管桩对组合桩桩身极限承载力、轴力、侧摩阻力的影响程度,最终确定组合桩中钢管桩长度5 m时为最优选择。     

海上风电嵌岩桩水平承载力特性数值模拟研究

  目的  主要对海上风电嵌岩桩的桩基尺寸与竖向荷载等因素对其水平承载特性的影响进行研究。  方法  文章采用有限差分的数值方法,基于一处现场试验建立数值模型并进行参数分析。  结果  结果表明:嵌岩桩基存在一个临界嵌岩长度（长径比）,桩基尺寸的改变会影响桩-岩的相对刚度,进而使临界嵌岩长度随之改变,随着桩径的减小,嵌岩桩临界嵌岩长径比逐渐增加;在桩的承载能力范围内,在竖向荷载与水平荷载共同作用下,桩基的水平位移和桩身弯矩有较大程度的减小,如果认为竖向荷载引起的侧摩阻力在桩的两侧大小与方向相同,或将竖向侧摩阻力简化为作用在桩的轴线则会忽略这一效应的影响,会对计算结果造成误差。  结论  论文结果对于临界嵌岩长度以及竖向荷载影响的分析将有助于水平承载嵌岩桩的合理设计和深入研究。     

考虑桩土差异的能源桩传热模型及其热响应半径计算

为解决能源桩传热分析中一般将桩土视为相同介质而引起误差的问题,建立一种可考虑桩体与土体之间热物性差异的U型埋管能源桩非稳态传热模型,将其与线热源模型进行对比,验证该模型的准确性。在此基础上,通过级数展开得到近似简化的能源桩热响应半径表达式。最后,对单位桩长换热量、桩体的热扩散系数、桩径以及土体类型进行分析,利用“储热比”评价上述参数对能源桩传热过程的影响。结果表明：该模型较线热源模型可更精准地描述能源桩传热过程,可有效避免传热初期低估桩壁过余温度以及传热稳定期高估桩体温度的问题;在典型的能源桩运行周期内,所提出的热响应半径计算方法误差在0.1 ℃以内,符合工程要求;能源桩传热过程中,土体的储热比随桩体热容、桩土间热扩散系数相对差异的减小而增大;桩壁过余温度及土体储热比均随桩径的增大而减小,随着传热时间的增加,不同桩径对应的桩壁过余温度差逐渐加大,土体储热比差值逐渐减小;相同换热功率作用下能源桩桩壁过余温度的变化率几乎不随传热时间增长而变化;传热90 d后,桩径对能源桩传热过程中能量传递分布影响不大。     

考虑成桩扰动的复合土体模量计算方法

应用受力平衡分析对CFG桩桩间土模量进行了详细推导，同时考虑成桩过程的扰动，提出利用圆孔扩张理论计算扰动区半径，改进和完善了复合土体和桩间土模量的计算方法。有助于提高沉降计算精度。计算表明，该方法在工程上应用较为安全。     

纵向水平地震作用下全直桩码头结构Pushover分析

为研究全直桩码头结构的抗震能力,以江苏某全直桩码头结构段为例,采用SAP2000软件对结构进行了纵向静力弹塑性分析,讨论了不同桩基刚度等因素对Pushover分析结果的影响,得到了荷载因子-顶点位移关系曲线、桩身高度-纵向位移曲线、码头结构的屈服次序和位置及桩基内力等规律。结果表明,桩径的增大可提高结构所能承担的极限水平荷载;纵向水平地震作用下桩基以纵向受弯破坏为主,桩基纵向弯矩由海侧向陆侧逐渐增大;塑性铰一般由陆侧向海侧发展,同一排桩沿纵向由一端向另一端发展,同一桩基由底端向顶端发展。     

两段变直径桩的解析分析及工程应用

桩在水平荷载作用下的内力与位移计算,桩基设计规范推荐使用m法。m法的缺点是,当为了显著增大桩的水平承载力而在靠近承台的区域将土进行换填时,该处的土实际的刚度与其假定相距甚远。采用2K法进行水平荷载作用下桩的内力与变形分析,重点把握土的两个侧向弹簧刚度。2K法在工程中的应用是广泛的:承台附近土换填或加固,或将桩顶附近弯矩较大的桩身部分设为更大的直径,上段桩土弹簧刚度将增大,在一定的水平荷载作用下,桩顶位移将减小,桩的水平承载力得到提高而节省工程造价;如果在计算模型中未建立桩单元而欲求得桩顶反力,则采用变直径桩解析分析获得的位移函数和内力函数可计算桩的内力用于配筋;对于箱型基础、大型筏板基础,可较为精确地考虑其对桩顶的嵌固作用而提高桩的水平承载力;上部结构的刚度使得桩顶部有侧向支撑,桩身弯矩变小,也可优化桩基设计;对于桩基上的动力机器和块式基础,可以认为块式或承台是上段大直径桩,由此获得的上段桩侧向土弹簧刚度将非常可观,可用于优化桩基设计。如果考虑将桩建入计算模型,可以通过本方法得出的四个刚度参数输入到弹簧支座刚度矩阵中,能够节省桩建模及其内部单元带来的大自由度,计算模型更容易维护,其这也是一体化建模发展过程中的一个重要里程碑。     

一种可以描述桩端位移累积的新型Q-z模型

海上风电属变形敏感结构,而导管架基础海上风电结构在服役期内下部桩基础会承受较大竖向循环荷载。在竖向受荷桩基的分析与计算中,采用ABAQUS分析桩端影响区域,依据动三轴实验中砂土的应变累积特性,提出一种新型Q-z模型。与传统Q-z模型比较,该模型能通过不同参数取值,模拟在轴向循环荷载下桩端的位移累积。结合有限元软件COMSOL进行二次开发,模拟单桩轴向循环加载工况,与离心机实验进行对比,验证了该Q-z模型的合理性。在数值计算中分别采用美国石油学会（API）规范系列桩土相互作用模型（p-y）、可考虑桩-土界面强度和刚度循环弱化效应的弹塑性t-z模型,可描述桩端位移累积的新型Q-z模型,分析海上升压站在循环荷载下的响应规律,为海上升压站设计提供相应的建议。     

近海风力机水平受荷单桩简化p-y曲线研究

开展近海风力机水平受荷单桩的现场试验,实测得到桩顶荷载-位移关系、桩身变形和弯矩,揭示水平荷载作用下桩-土相互作用规律。考虑地基土埋深效应来修正初始地基反力模量,提出适用于砂土和黏土中水平受荷桩承载特性的简化p-y曲线模型,并与实测值和API规范计算值进行对比,最后对极限抗力系数和形状参数进行敏感性分析。结果表明：简化方法计算的桩顶位移和桩身最大弯矩与实测值相对误差分别为15.6%和3.2%,提出的简化方法能提高计算精度;极限抗力系数和形状参数对水平受荷桩内力和变形均较为敏感,以变形控制为设计原则的单桩基础建议取较大值。     

Thermal Effects of Ferroelectric/Magnetic Materials Under Cyclic-Electric Loading

The temperature in the ferroelectric and ferromagnetic materials may rise due to energy dissipation under loading. Thermal effects on the mechanical behavior in ferroelectric/ferromagnetic materials are investigated theoretically in this paper. First, the influence of stresses induced by domain switching on the subsequent domain switching and domain reversal process in ferroelectrics is investigated. Based on the electrical saturation model, the influence of thermal effect on the domain switching is studied, and the changes of stress and electric intensity factors brought by thermal effect are obtained. The accumulative influence of temperature rise on the domain switching zone and fracture behavior of ferroelectrics under cycle electric field is studied. Second, the above approach of ferroelectric materials is extended to analyze the thermal effect in ferromagnetic materials. Using the magnetic saturation model, the temperature fields around the tip of a narrow elliptic hole are calculated under different conditions. It is found that the magnitude of temperature increment strongly depends upon the geometrical shape of the hole, the frequency and wave shape of the magnetic loading. This study is helpful to gain a deep understanding of the fracture and fatigue behavior of ferroelectric/ferromagnetic materials.