用于调整差异沉降的预留净空桩筏基础模型试验研究

预留净空桩筏基础是一种新的利用桩土相互作用的形式,可用于调整建筑物筏板–桩–土相互作用和减少差异沉降。进行了砂土中常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础的模型试验研究。分析表明:在相同荷载作用下,在试验条件下,相对于常规桩筏基础来说,预留净空桩筏基础的实质作用在于可使桩间土压缩提前发生,显著提高桩间土分担荷载的比例,在可压密土中可强化桩土相互作用,桩端刺入量显著下降,使得桩土更趋于整体沉降。预留净空桩筏基础可有效利用土的承载力,减小桩顶应力过分集中,且对桩端阻力有显著的强化作用。     

Centrifuge model tests on piled raft foundation in sand subjected to lateral and moment loads

Piled raft foundation has been widely recognized as a rational and economical foundation system with the combined effects of raft and piles. However, the behavior of laterally loaded piled raft foundation has not been well understood due to the complicated interaction of raft–ground–piles. A series of static horizontal loading tests were carried out on three types of foundation models, i.e., piled raft, pile group and raft alone models, on sand using a geotechnical centrifuge. In this paper, the influences of relatively large moment load and rotation on the overall performance of laterally loaded piled raft foundation were examined. From the centrifuge model tests, it is found that the vertical displacement due to horizontal loads is different between piled raft and pile group foundation, and this vertical displacement has significant influences on the performance of laterally loaded piled raft foundation. The horizontal resistance of the pile part in the piled raft foundation is higher than those observed in the pile group foundation due to raft base contact pressure. The vertical displacement of the foundation due to the horizontal loads affects the vertical resistances of piles, which results in the different mobilization of moment resistances between the piled raft and pile group foundations.     

位移调节器用于端承型桩筏基础的模型试验研究

位移调节器是用于调节物体支承接触点之间位移的特殊装置,可用来保证端承型桩筏基础桩–土的变形协调和共同作用。为研究端承型桩筏基础中位移调节器的设置对桩–土–筏相互作用的影响,进行了位移调节器设置前后端承型桩筏基础的室内模型对比试验。试验测量了桩身轴力、筏板沉降及桩间土反力,分析了不同荷载级别下端承型桩筏基础的荷载传递规律、整体沉降与差异沉降分布特征以及桩土荷载分担比等内容,结果表明：与常规端承型桩筏基础相比,位移调节器的设置改变了桩筏基础的荷载传递规律,顺利实现了桩土的共同作用,同时适当支承刚度的调节器可优先且充分地发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比。结论可为进一步理论研究提供试验依据。     

桩间距对桩筏基础结构性能影响的模型试验研究

 为研究桩间距对桩筏基础结构性能的影响,设计并进行不同桩间距的桩筏基础系列模型试验。结果表明,设置不同的桩间距可调配群桩基础中桩与筏板的分担作用,调整桩筏基础的受力性能。常规桩距桩筏基础以桩为承载主体,地基土的荷载分担次之;当桩间距大于6倍桩径后,桩较早进入塑性支承状态,地基土分担荷载能力增强,桩与筏板荷载分担的主次作用发生转换,筏板逐渐转换为基础的承载主体。随着桩间距增大,筏板内力分布由整体弯曲过渡到以局部弯曲为主。桩筏基础桩顶荷载分布规律受桩间距的影响,随着桩间距增大,桩顶荷载由角桩最大逐渐转化为中间桩最大。建议桩筏基础设计方法应考虑桩间距设置对筏板与桩土体系相对刚度、筏板内力和桩顶荷载不均匀特征的影响。     

大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

变刚度布桩复合地基模型试验研究

以模型试验方法研究了变刚度复合地基的承载特征、沉降分布、变形影响范围、桩土荷载分担比及基桩荷载传递特性。试验数据表明:在荷载较大的核心筒区密集布桩而在荷载较小的边角区稀疏布桩或不布桩,能有效地减少基础沉降差,同时减少基桩工程量,复合地基筏下布桩的平均桩顶反力应小于基桩的单桩极限承载力以保证基础总体沉降满足安全要求。     

桩顶与筏板多种连接构造方式工作性状对比试验研究

针对桩顶与筏板之间不同构造形式下的相互作用,对可压密土中刚性桩复合地基、常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础进行了现场模型试验,测量了筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩身轴力和桩间土反力,分析了不同荷载级别下筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比分布规律。与刚性桩复合地基和常规桩筏基础相比,对于桩顶预留净空桩筏基础工作性状,研究发现在桩顶与筏板接触前,桩顶预留净空桩筏基础工作性状与刚性桩复合地基相似;桩顶与筏板接触后,其工作性状与常规桩筏基础相似。试验条件下,桩顶与筏板之间接触、设置褥垫层、预留净空(或可压缩垫块)不同连接方式可显著影响桩间土的压缩及桩土相对滑移,对上述三者来说,桩身下部桩、土相对滑移量(桩端刺入量)依次减小。     

分层地基模型|桩筏基础|沉降|非线性|离心模型试验

基于改进的分层地基模型,考虑桩–土–筏的共同作用,提出了刚性桩筏基础非线性分析方法。地基附加应力计算考虑土层参数的变化,采用层状弹性体系的Burmister应力解;地基变形采用分层总和法,所采用的计算参数压缩模量和一维回弹模量试验确定方便。通过简单的室内一维加卸载试验确定其随加卸载次数的变化,进一步得到桩筏基础在重复加卸载下的沉降规律。对单桩和桩筏基础进行离心模型试验,并将计算结果和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

桩筏基础设计方案优化若干问题

从优化设计的角度出发,探讨了桩筏基础的设计思路、布桩方式、桩土共同作用等一系列问题,得到了一些有益的结论.还提出了一些对设计进行优化的思路和具体方法供读者参考.     

极限荷载下桩筏基础共同作用性状的室内模型试验研究

利用自制模型槽,通过设计系列单桩带台与群桩的桩筏基础模型试验,研究了极限荷载下桩–筏板–地基土的应力与变形性状。试验结果表明,常规桩距桩筏基础极限荷载下表现出实体深基础性状;而大桩距桩筏基础,基桩先于板下土体达到承载力极限状态,后续荷载基本由板下土体分担,验证了塑性支承桩理论。加载过程中,桩–土的荷载分担比不断变化,6d及以上桩距时,桩达到极限荷载后即趋于稳定。利用桩的极限承载力的桩筏基础设计,应考虑极限荷载与工作荷载下桩–土荷载分担比的不同性状差别。桩间距越大,桩对土体的侧向位移的"遮帘作用"逐渐弱化,板下土体的位移特征趋于天然地基的特征,桩端平面以下土体应力受板下土体分担荷载的影响越明显,6倍桩距可视为常规桩基与复合桩基的分界点。     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

Geosynthetics reinforced interposed layer to protect structures on deep foundations against strike-slip fault rupture

In the present study, the interaction mechanism of a 10-story moment-resisting building frame sitting on the conventional piled raft foundation with a strike-slip fault rupture with a dip angle of 90? is studied via three-dimensional finite element numerical simulation using ABAQUS. In addition, an alternative composite foundation system with geosynthetics reinforced interposed layer between piles and raft is proposed to improve the safety and performance of foundation under strike-slip fault ruptures. The interposed layer is reinforced with two high tensile strength of the geotextile layer. The inelastic behaviour of piles under large ground deformations is simulated using moment-curvature relationships of the real reinforced concrete section of piles and ductility concepts. The performance of both composite and conventional piled raft foundations are evaluated in terms of the geotechnical and structural responses of foundations including rotational and translational displacements and shear forces of the raft, as well as shear forces and ductility capacity of piles. The obtained results show the superior performance of composite foundation with geotextile reinforced interposed layer in terms of a significant reduction in shear forces in the raft and piles, as well as ductility demand in the piles.     

Approximate Numerical Analysis of a Large Piled Raft Foundation

An approximate method of analysis has been developed to estimate the settlement and load distribution of large piled raft foundations. In the method the raft is modelled as a thin plate, and the piles and the soil are treated as interactive springs. Both the resistances of the piles as well as the raft base are incorporated into the model. Pile-soil-pile interaction, pile-soil-raft interaction and raft-soil-raft interaction are taken into account based on Mindlin's solutions. The proposed method makes it possible to solve problems of large non-uniformly arranged piled rafts in a time-saving way using a PC. The method can also be used for the deformation analysis of pile groups by setting the soil resistance at the raft base equal to zero. The validity of the proposed method is verified through comparisons with existing solutions. Two case studies on settlement analyses of a free-standing pile group and a large piled raft are presented. In the analyses, applicability of the equivalent pier concept is also examined and discussed. The computed settlements compare favourably with the field measurements.     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

桩筏基础有限元分析设计优化

运用简化的共同作用分析方法,并将采用点弹簧模拟高层建筑下桩对筏板的作用与面弹簧模拟高层建筑下桩对筏板的作用进行对比。通过不同影响因素(有限元网格划分、弹簧属性的选择)分析筏板基础的受力及变形并得出结论以供广大工程人员参考。     

不同桩长、桩径桩筏基础的分析方法

针对具有不同桩长、桩径群桩的桩筏基础进行研究,采用筏基无单元方法对筏板进行模拟,基于共同作用原理,以桩与桩、桩与土相互作用的解析模型为基础,建立了层状地基上不同桩长、桩径、桩体材料情况下,桩筏基础与地基共同作用的一种分析方法。旨在解决具有特殊桩群,或通过桩长、桩径、桩体材料的变化、优化桩土刚度分布、调平设计时的桩筏基础计算问题。该方法可方便地用于非均匀布桩、非规则平面形状桩筏基础的计算和优化分析。与基于实际工程的大型模型试验结果的比较表明,该方法是合理可行的,并具有较好的实用性。     

分层土中桩筏基础荷载分担问题的有限元分析

采用三维有限元方法建立桩筏基础模型来考虑各种影响因素对桩土分担比的影响。地表硬壳层的存在能够有效地提高筏板的分担作用。通过对不同桩距和布桩方式桩筏基础的计算,发现当桩距径比增大时,桩间土的承载作用有显著提高,但当大于7d之后则无显著变化。此外,还研究了不同桩端土的相对刚度以及应力水平下桩筏基础共同作用性状,可供工程设计人员参考,以优化设计并满足较高的经济性。     

竖向荷载下桩筏基础通用分析方法

根据已有的竖向荷载下刚性板桩筏基础分析结果提出了一种竖向荷载下桩筏基础的通用分析方法。桩筏基础分析中考虑了4种相互作用,分别为桩–土–桩、桩–土–板、板–土–桩和板–土–板相互作用。筏板分析采用有限单元方法,以厚薄板通用四边形等参单元进行分析。该方法可以分析由任意桩长、桩半径和刚度特性的桩群以及任意厚度和几何外形的筏板组成的竖向受荷桩筏基础。应用该方法不需要划分桩土体单元,其分析复杂程度基本等同于弹性地基板基础,且分析过程简洁。通过与各种方法的比较证明该方法是合理可行的,精度上也满足要求。     

大规模桩筏基础非线性共同作用简化分析方法

提出一种分析桩筏基础非线性共同作用的简化分析方法。将单桩的载荷试验结果应用到桩筏基础的沉降分析中,从而使得沉降预测结果更符合工程实际情况。将筏板假定为弹性薄板,筏板下的群桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟合载荷试验的Q-S曲线,并用它来模拟桩在荷载下的非线性响应。采用相互作用系数法分析桩-桩间的相互作用,同时考虑桩的“加筋”对相互作用系数的影响。为了简化计算,采用多项式拟合桩-桩、桩-土相互作用系数。使用弹性半空间或有限层理论分析土节点间的相互作用。经过实例分析比较,该方法不但可以节省大量机时,而且可以得到较满意的预测结果。该简化方法可以用于工程实践。     

由单桩载荷试验预测桩筏基础沉降的简化分析方法

在桩筏基础设计中,单桩载荷试验结果通常只用于确定桩的承载力,而很少用于群桩沉降分析中。本文通过载荷试验初始刚度反分析地基的弹性参数,同时将桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟和载荷试验数据,并用它来模拟桩–土界面的非线性关系。使用相互作用系数的方法分析桩–桩之间的相互作用,同时考虑桩的“加筋”对土的位移场的影响。经过实例分析比较,该方法不但可以大量节省计算时间,而且计算结果与实测数据相比也比较满意。