不同水平偏心距下群桩内力变化规律试验研究

 为研究不同偏心距下水平加载群桩性状和内力分配规律,开展饱和粉土中2组3×3钢管桩群桩(偏心距分别为e = 11D和6D,D为桩径)大尺寸模型试验。试验结果显示,扭矩荷载和水平荷载存在着显著耦合效应,外加扭矩显著降低群桩水平承载能力;群桩中,各基桩桩头内力表现出明显的差别,少数基桩承担大部分荷载,且随着偏心距增加,差别更加明显;桩头水平剪力与扭转抗力对抵抗外加扭矩都发挥着重要作用,随着外荷载的增加,水平剪力所占比重明显增大。     

循环水平荷载作用下的群桩性状分析

在实际工程中,很多桩基础的破坏是风、波浪或者地震等循环水平荷载的作用所致,且这些桩基础往往布置成群桩的形式。结合前人的试验模型和理论研究成果,探讨了循环水平荷载作用下桩—土之间的相互作用、循环水平荷载对桩身刚度的影响,以及桩与桩之间的相互作用效应,循环水平荷载对群桩荷载分配及群桩基础轴向承载力的影响。     

水平荷载作用下群桩计算方法研究

通过分析研究国内外各种水平荷载下群桩计算方法,在Ｆｏｃｈｔ－Ｋｏｃｈ－Ｐｏｕｌｏｓ综合法的基础上,不考虑群桩基础中后桩对前桩的弹性作用,并结合桩基规范,提出了能够考虑群桩效应和群桩中各桩荷载分担比的改进公式, 可供水平力作用下的桩基工程设计时参考     

XCC桩单桩荷载传递特性的离心机模型试验研究

XCC桩是根据等截面异形周边扩大原理改造而来的异形截面桩,通过改变截面形状来改变桩土荷载传递机理。为了得到真实应力状态下XCC桩-土荷载传递机理,开展了单一均质Toyoura干砂中XCC单桩与等截面面积的圆形单桩的离心机对比模型试验,得到了真实应力状态下XCC异形桩的极限承载力、轴力和侧摩阻力分布特性。结果表明,以10%桩径沉降作为承载力判别标准时,XCC单桩极限承载力较圆形单桩提高了约30%,其主要来源于桩侧摩阻力的提高;XCC桩侧摩擦力稍大于圆形桩,其总侧摩阻力至少是等截面面积圆形桩的1.65倍,侧摩阻力的提高部分来源于截面周长的增大,其余来源于XCC单桩的“异形效应”。     

水平承载下超大群桩受力变形特性的模型试验研究

李子沟特大桥是内昆线上的重点工程,采用了超大群桩基础。为了进一步完善对超大群桩基础的力学行为的认识,运用模型试验分析了在水平承载下超大群桩基础的内力分布特点、群桩的承载性状和受力变形特性,得出了在不同荷载水平作用下,桩身各截面弯矩和水平位移等关系曲线和数据。试验结果表明,桩体上部受荷载的影响最为显著,最大弯矩发生在与承台连接附近的桩身处,弯矩沿桩身向下呈非线性递减,沿荷载作用方向桩前后土体的力学行为是不同的。     

水平荷载群桩三维有限元分析研究

本文利用三维弹性有限元对水平荷载群桩基础进行了特性分析研究,讨论了各种因素对群桩基础群桩效应的影响,得出了一些有益的结论。     

水平荷载下挤扩支盘桩群桩受力特性分析

利用三维弹塑性有限元模型,对水平荷载作用下挤扩支盘桩群桩受力特性进行分析,得出各桩弯矩以及桩土相对位移的变化规律及不同位置、不同荷载作用、不同土体深度时桩周土反力的变化曲线。分析表明:桩弯矩在支盘处因支盘的影响而发生突变,支盘下桩体的弯矩大大减小;后排桩后土体相对位移大于前排桩后土体相对位移;桩基主要通过其桩前土体的作用来抵抗水平荷载,桩前土体最大反力值出现在第一个支盘的端部,支盘对其下一段范围内土体起到"减载"作用。     

群桩中的斜桩受力分析与计算

利用几个简化算例分析了带斜桩的群桩工作特点, 结果表明当桩群承受竖向和水平荷载时, 斜桩的存在可明显提高群桩承载力和减小水平位移, 但当承受地面竖向位移时其存在则会对群桩承载力产生一些不利影响。     

荷载偏心对单桩受力的影响

１　前　　言*　　在建筑工程中,当某一工程桩或试验桩成桩后,许多人都认为用静载试验方法确定其极限承载力的值是可靠的、准确的。然而,了解工程实际和熟悉单桩试验规范的人,只要深入进行理论分析就不难发现：在单桩静载试验过程中,由于载荷的偏心使单桩试验结果具有一定的随机性。下面本文就这个问题展开讨论。２　偏心荷载下的桩身应力为了说明单桩试验极限承载力的随机性,首先计算偏心荷载作用下的桩身应力。由材料力学可知,由于偏心的存在,单桩试验时,桩身除了受轴向力ｐ的作用外,还有附加力弯矩Ｍ０＝ｐｅ作用（如图１所示）。对不同横截面形式的桩,轴向力ｐ和附加弯矩Ｍ０所引起的桩身最大应力和它们的比值分别列于表１,表２中     

水平荷载作用下群桩p-y曲线数据研究

对于海洋导管架平台之类的群桩基础,尽管上部结构对桩基础有很强的约束作用,分析表明把群桩桩头视为完全固定支承条件是不恰当的,因此将上部结构和群桩基础作为整体结构来分析才能得出与之相适应的p-y数据。为此本文采用非线性地基梁群桩模型与上部结构组成整体结构模型,分析了水平荷载作用下群桩桩头变形的情况,在此基础上提出了一种确定群桩p-y数据的迭代分析方法。由于该方法是利用群桩p-y数据、借助整体结构模型的群桩计算模型进行分析,从而使群桩p-y数据能客观反映弹性约束桩头群桩的相互作用与变形特性。     

水平循环荷载下高桩基础受力性状模型试验研究

近海高耸结构基础承受风,浪,波流等水平循环荷载作用,受力变形性状十分复杂.在饱和粉土地基中完成了单桩和群桩的水平循环加载试验,揭示了单桩和群桩响应随循环加载的变化规律.试验结果表明循环加载使桩周土体产生累积塑性变形,桩-土体系水平刚度随循环次数增加不断下降;先期循环加载对后期加载的刚度有着明显影响;群桩中各基桩分担的水平荷载比例随循环加载发生重分配,前排桩的作用得到更多发挥;荷载循环效应对群桩的影响大于单桩.基于p-y曲线法引入循环效应系数以考虑荷载循环的影响,并将该方法与其它文献方法和试验结果作了对比验证.     

加鳍桩抗扭性能及在推扭受荷群桩中应用

加鳍桩是一种通过在桩身设置侧鳍片或在桩端设置尾鳍片以提高单桩抗扭能力的新型桩形式。圆截面单桩通过桩–土界面摩阻力提供扭转反力,单桩承载力一般较低。加鳍桩通过鳍片挤压土体,从而提升单桩扭转承载力。大尺度模型试验结果表明,桩身增加鳍片使单桩扭转曲线由陡降型变为缓变型,其抗扭刚度和承载力均有显著提高,在3.6°扭转角时扭转反力提高4.7倍。采用数值方法分析加鳍桩在水平偏心加载1×2群桩中的应用效果,分析表明,加鳍桩通过显著减小群桩扭转变形降低了两基桩间内力差异,明显降低群桩中基桩的最大剪力和弯矩,降幅分别达30%和79%,有效提高群桩抵御偏心加载能力。     

砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验

大直径桩基在海洋工程中已越来越广泛应用。针对目前API规范p-y曲线对水平受荷大直径单桩的不适用性,通过离心模型试验研究了砂性土中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性。验证了通过实测桩身弯矩推算桩身变形和桩周土反力的有效性,分别获得了干砂和饱和砂的大直径单桩水平静力p-y曲线。在修正p-y曲线初始刚度的基础上,采用双曲线型p-y曲线分析了水平受荷大直径单桩的内力和变形。揭示了水平单向循环荷载下大直径单桩的桩身变形及内力变化特性,试验结果显示桩身变形和最大弯矩近似与循环次数的对数线性相关。最后,由各循环次数下的桩身弯矩获得了大直径单桩水平循环p-y曲线,提出了循环应力比相关的p-y曲线循环弱化因子,以及相应的桩基变形累积和内力变化分析方法。     

复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。针对双层地基中现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)受水平荷载的问题,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型试验模型槽进行水平承载桩静载足尺模型试验,实测得到了水平荷载下PCC桩与土共同作用时的工作性状,分析了PCC桩受水平荷载时的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等。试验结果可为今后类似土层下水平受荷PCC桩的设计与研究提供参考。     

路堤荷载下CFG桩复合地基失稳破坏特性离心模型试验

掌握路基工程CFG桩复合地基失稳破坏特性是建立稳定分析方法的基础。针对路堤荷载作用下深厚软黏土地基,开展了3组CFG桩复合地基离心模型试验,采用自行研制的空中泄砂装置模拟路堤分层填筑过程,设计制作砂浆包裹石墨芯的模型桩监测桩体破坏时序,通过摄影测量技术获取地基土位移场云图,分析复合地基的承载与变形特性及失稳滑动形态。试验表明,随路堤荷载增加,位于坡脚附近的桩体首先发生破坏,并逐渐向路堤中心发展,呈现渐进破坏特点,复合地基发生整体失稳后滑面近似呈圆弧状;桩体破坏形态与桩周土体变形特性密切相关,地基发生隆起变形的坡脚附近桩体呈现拉弯破坏特征,承受路堤荷载较大的路肩附近桩体以压弯破坏为主;桩帽对桩土荷载分担影响显著,桩身轴力增大可提高桩体抗弯拉能力,有利于复合地基稳定性提高。     

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。     

Numerical analysis of bearing behaviors of single batter piles under horizontal loads in various directions

The horizontal bearing behavior of a single batter pile (SBP) is vital to its application in practical engineering; however, the horizontal responses of SBPs change with the directions of horizontal loads, and this phenomenon is rarely investigated. Therefore, the directional differences in the horizontal bearing behaviors of SBPs are investigated in this study. Four model tests are conducted to preliminarily examine the effects of the skew angle of horizontal loads on the horizontal bearing capacities and distributions of the bending moments of the SBPs. Subsequently, the differences in the responses of the SBPs under horizontal loads in various directions at full scale are analyzed comprehensively via finite-element (FE) analysis. The effects of the skew angle on SBP-soil interaction are discussed. Moreover, an empirical design method is proposed based on the FE analysis results to predict the bearing ratios of SBPs in medium-dense and dense sand while considering the effects of the skew angle, batter angle, and pile diameter. The method is confirmed to be effective, as confirmed by the close agreement between the predicting results with the model test (reported in this study) and centrifuge model test results (reported in the literature).     

砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d~7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。