刚性桩筏基础的竖向振动特性分析

基于三维地基薄层法基本解,得到层状地基中的土-土相互影响因子,结合能够充分考虑被动桩与土体的共同作用的群桩动力模型,建立刚性桩筏基础的动力分析方法。通过参数(桩间距s/d和激振频率f)探讨和与刚性高承台群桩的比较,得到匀质半空间和层状地基中常见刚性桩筏基础的阻抗和内力的变化规律:①桩间土体的存在会提高群桩基础阻抗,从而进一步降低群桩基础的动力响应;②荷载在桩土之间的分配关系(桩土分担比)不是常数,随桩间距和激振频率的变化而变化;③刚性筏板的存在并没有显著地改变群桩桩顶荷载分布规律。最后,分析上海虹桥交通枢纽工程桩筏基础的阻抗函数,并指出其动力响应与一般高承台群桩的差异,为工程设计提供参考。     

群桩—承台基础共同作用的变分分析法

本文提出了考虑刚性承台与土相互作用的群桩-承台系统变分分析方法,文中假设群桩置于各向同性弹性半空间体中,群桩的变形和所受剪应力各自用一带有系列未知数的有限级数描述,并利用Mindlin解来估计桩、承台和地基土间的相互作用,利用最小位能原理求解群桩-承台系统的内力和变形,经对比,采用本文方法计算所得结果与其它数值方法的现场实测所获得的结果吻合甚好。     

群桩-承台基础共同作用的变分分析法

本文提出了考虑刚性承台与土相互作用的群桩 -承台系统变分分析方法。文中假设群桩置于各向同性弹性半空间体中。群桩的变形和所受剪应力各自用一带有系列未知数的有限级数描述 ,并利用 Mindlin解来估计桩、承台和地基土间的相互作用 ,利用最小位能原理求解群桩 -承台系统的内力和变形。经对比 ,采用本文方法计算所得结果与其它数值方法和现场实测所获得的结果吻合甚好     

复合桩基桩土非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS软件对常规桩筏基础(3d桩距)和复合桩基(6d桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板-桩-土的非线性接触特性,采用Mohr Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降、桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况。分析结果表明,6d桩距群桩中基桩的承载能力很快发挥到极限,后续荷载交由承台下土体承担,有更多的天然地基承载表现,6d桩距群桩的桩间土绕桩滑动的趋势较3D桩距群桩的要强。分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

桩-承台基础相对刚度试验研究

制作了3个九桩承台和1个十六桩承台,采用不同刚度垫块模拟桩刚度的变化,研究了不同承台厚度和桩支撑刚度对承台刚度及其桩顶反力分布的影响。考虑了桩与承台的相互作用,在对试验结果分析的基础上提出了一种新的桩–承台相对刚度表达式。与现有桩筏(箱)基础刚度计算公式进行对比分析,表明按本文推荐公式计算桩-承台相对刚度和桩基承台的刚柔性特征表现出很好的一致性,解决了现有桩筏基础刚度判定公式对刚度较大的桩判别较差的问题,由本文公式可计算出满足刚性条件下所需承台板厚度。     

考虑相互作用的桩筏基础简化分析法

提出了一种考虑土 -桩 -筏相互作用的桩筏基础简化分析法。将群桩中每根桩的桩顶沉降分成桩身压缩和桩端沉降分别计算 ,桩身压缩由单桩静载荷试验或其他方法估算 ,桩端沉降根据分层总和法计算。将桩简化成弹簧作用在筏板下 ,弹簧刚度根据桩顶平均荷载和相应的沉降获得。采用 16节点退化实体等参元对筏板进行有限元分析 ,获得筏板的沉降和内力等。本文方法桩的刚度计算相对简单 ,可以考虑成层地基、地基层厚不均匀等情况 ,沉降计算方法和土性参数确定基本上与“规范”法相同 ,板单元特别适合于平面形状不规则及变厚度的筏板分析。最后 ,将本文的计算结果和其他方法作了对比 ,并介绍了该方法的工程应用。     

筏板与桩基础的竖向动力相互作用

本文考虑了土的成层性和沿深度有变化的特性,将土层沿深度离散形成一系列均质的土层,各土层视为满足平面应变假定,应用传递矩阵法推导出单桩的动力阻抗;借助推求的桩-桩动力相互作用因子,来考虑群桩的桩-桩动力相互作用影响;通常研究承台板与群桩的竖向动力相互作用时假设承台板是刚性的,本文充分考虑了承台板具有一定的刚度、可以变形的柔性特征;并提出承台板-群桩动力相互作用模型,然后推得其动力相互作用方程。通过算例说明了承台板的刚度对承台板的动力作用是有影响的。研究表明,振动频率越低,柔性承台板的振幅与刚性承台板的振幅相差越大;随着频率的增大,两者差别也减小,并逐渐趋于相等。在承台板发生共振时,桩的反力出现明显的峰值,而且柔性承台板比刚形承台板的峰值大得多。     

承台底土阻力群桩效应系数有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法，对复合桩基承台底土阻力群桩效应系数进行了分析；根据分析，编制了相应的有限元程序：应用该程序研究了承台宽与桩长之比、桩距、桩数、土类等对承台底土阻力群桩效应系数的影响。结果表明，(1)承台底土阻力及其群桩效应系数随承台宽与桩长之比、桩距增大而增大，随桩数增多而减小：(2)承台底土阻力群桩效应系数与土类有关。     

承台对群桩-承台结构水动力特性的影响研究

以往对海上结构物下部结构水动力特性的研究,大多仅针对群桩结构进行分析。对于跨海桥梁而言,实际情况是群桩-承台结构受到波浪力荷载的作用,因此对群桩-承台结构在波浪作用下的水动力特性进行系统研究十分必要。文章首先运用数值模拟的方法分析群桩结构的水动力特性,计算结果与相同工况下的实测数据高度吻合,充分证明所采用数值模拟方法是可靠的。其后通过建立群桩-承台结构三维数值波浪水槽,研究承台结构对桩柱群桩效应的影响,绘出了群桩在横向并列和纵向串列两种布置形式下群桩-承台结构的群桩效应系数KG随KC数的变化曲线,并通过改变承台淹没系数以进一步研究其对群桩-承台结构的水动力特性的影响。     

复合桩基承载性状研究

通过对带承台单桩、群桩模型试验承载性状的分析,说明带承台单桩的承载性状与群桩的承载性状并不完全相同,不能将带承台单桩的试验结果简单地推广到群桩的设计计算中去。在带承台单桩试验中,发现带承台单桩的极限承载力大于单桩与平板极限承载力之和,而在复合群桩试验中,复合桩基的极限承载力则大大小于各单桩与平板极限承载力之和。结合现场大型群桩模型试验结果及现行规范阐述了复合桩基的承载性状。     

竖向荷载作用下承台(基础)-桩不同构造形式下的工作性状分析

在文献[1]采用的现场试验对桩与承台（基础）之间不同构造方式下的承台（基础）-桩-土相互作用进行的研究基础上，首先采用有限元数值分析模拟承台-单桩-土系统的相互作用，通过参数调整，使其能够模拟文献[1]进行的现场试验并给出较为接近的结果。在此基础上，采用数值仿真试验对多桩情况下桩顶与承台直接接触、复合地基及桩顶预留净空基础在竖向荷载作用下的工作性状进行了对比分析与研究，比较了相同荷载、桩长、桩距、承台厚度等情况下各种构造形式基础的受力特点。同时，通过改变桩长、桩距、预留净空大小等影响因素，进一步研究了桩长、桩距、预留净空对多桩桩顶预留净空基础的桩土荷载分担比例和沉降的影响。     

分层土中桩筏土共同作用近似三维分析

基于变分原理,利用Mindlin位移解,通过将桩沿桩与土接触面、筏板沿与土接触面进行三维剖分,建立了在分层土中能够考虑桩筏土相互作用的三维分析方法,利用该方法能够考虑筏板侧壁摩阻效应、分层土、长短桩、不等直径桩的影响。与现有的方法相比,该方法能够更好地模拟桩身摩阻力沿桩身横截面的分布,从而使筏板下群桩之间被夸大的效应减小,桩顶荷载的分布更趋于实际。通过对一组案例进行分析,结果表明:(1)筏板侧壁摩阻效应仅对筏板的板底边缘应力分布影响较大,中部影响较小,对沉降的影响却较小;(2)分层土的位置对桩筏承载的影响较大,尤其是筏板底和桩端所在土层的影响尤为明显。     

高承台群桩在倾斜荷载作用下的弯矩分析

编制了高承台群桩的非线性无单元法的计算程序,通过调整倾斜荷载的方向分析研究了群桩的弯矩,并寻找其与荷载的关系,以求为工程应用提供相关建议。     

沉降控制复合桩基性状研究

复合桩基是从桩土共同作用出发,考虑桩与土间的荷载分配,由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。以沉降控制复合桩基为对象,分析其适用范围、工作机理和设计方法。通过对合肥某住宅楼的工程试验,分别从筏板和承台内钢筋应力,筏板和承台下土体反力以及桩基反力几个方面分析了复合桩基的受力机制。     

高层建筑桩基承台按应力图形配筋的设计方法

针对高层建筑桩基承台一般设计方法存在的问题 ,提出了用有限元法对结构整体进行分析 ,并按承台的应力图形配筋的设计方法。把此方法应用于武汉香格里拉大酒店塔楼的承台板设计计算 ,说明了这一方法的合理性和实用性。     

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。     

上海的超高层超长桩超厚筏基础的现场测试研究(英文)

提供了宝贵的现场试验数据,论述了沉降、土压力、桩的荷载、巨型柱荷载和筏基的应力的分析结果,特别是结构刚度对筏基应力的影响和对基础的贡献层数以及刚度贡献的有限性。提出了一个实用的方法,以利于桩筏基础设计的新改革。此外,还提出一些预估沉降和群桩荷载的建议。     

Physical modeling of behaviors of cast-in-place concrete piled raft compared to free-standing pile group in sand

Similar to free-standing pile groups, piled raft foundations are conventionally designed in which the piles carry the total load of structure and the raft bearing capacity is not taken into account. Numerous studies indicated that this method is too conservative. Only when the pile cap is elevated from the ground level, the raft bearing contribution can be neglected. In a piled raft foundation, pile–soil–raft interaction is complicated. Although several numerical studies have been carried out to analyze the behaviors of piled raft foundations, very few experimental studies are reported in the literature. The available laboratory studies mainly focused on steel piles. The present study aims to compare the behaviors of piled raft foundations with free-standing pile groups in sand, using laboratory physical models. Cast-in-place concrete piles and concrete raft are used for the tests. The tests are conducted on single pile, single pile in pile group, unpiled raft, free-standing pile group and piled raft foundation. We examine the effects of the number of piles, the pile installation method and the interaction between different components of foundation. The results indicate that the ultimate bearing capacity of the piled raft foundation is considerably higher than that of the free-standing pile group with the same number of piles. With installation of the single pile in the group, the pile bearing capacity and stiffness increase. Installation of the piles beneath the raft decreases the bearing capacity of the raft. When the raft bearing capacity is not included in the design process, the allowable bearing capacity of the piled raft is underestimated by more than 200%. This deviation intensifies with increasing spacing of the piles.     

弹性承台-高桩基础的内力和变形

以某大桥辅航道通航孔桩基础为工程原型,根据"m法桩一弹性承台"计算方法编制了计算程序,通过大量的计算,研究了承台厚度、桩的布置形式、桩的出露长度等因素对弹性高承台-桩基础内力和变形的影响,揭示了各种因素对弹性高承台-桩基础内力和变形的影响都是通过改变承台刚度来实现的,并通过模型试验验证了这一规律.工程实践中,按照弹性承台来设计更加科学合理,符合实际情况.