地震荷载下刚性桩复合地基变刚度调平前后的性状分析

基于ABAQUS有限元软件模拟分析,通过模拟土的动力本构模型,选取合理的人工边界,建立了2种刚性桩复合地基与上部结构相互作用体系有限元动力分析模型,采用时程分析法对刚性桩复合地基调平前后进行地震响应分析。结果表明,调平后刚性桩复合地基对相互作用体系中上部结构的动力反应明显要比调平前时动力反应小;调平后的筏板基础在地震荷载载作用下,筏板较调平前的弯矩更小,差异沉降也更小;调平后刚性桩复合地基中,在地震荷载下长桩的最大弯矩和水平位移远大于短桩,长桩在变刚度处弯矩较大,容易发生断桩。通过对比指出,调平后刚性桩复合地基在同等经济条件下抗震性能优于调平前。     

刚性桩复合地基在水平荷载作用下工作性状的模型试验

刚性桩复合地基在一些地区已开始在高层建筑中应用,为了了解带褥垫层复合地基在水平荷载与竖直荷载共同作用下的工作性状,进行了一系列模型试验,并在试验的基础上分析了不同垂直荷载、不同褥垫层厚度对水平荷载作用下的桩顶、桩身及褥垫层顶部水平位移的影响,揭示了基础-褥垫层-桩在水平荷载作用下的相互作用机理。     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

刚性复合地基褥垫层技术

通过分析褥垫层在刚性复合地基中的作用,包括调整桩土应力,减小基础底面应力集中,调整桩、土水平荷载的分担等,说明了褥垫层是刚性复合地基设计的重要环节,必须合理选择褥垫层的厚度.     

刚性桩复合地基-筏板基础体系内力、沉降计算方法

提出一种分析刚性桩复合地基 -筏板基础相互作用体系内力和变形的实用方法。该方法将筏板基础划分为Mindlin板单元 ,桩 -土体系的支撑刚度利用Boussinnesq解和Mindlin解及有限压缩层模型确定 ,对垫层则近似用分布弹簧模拟。同时还给出一种考虑无限刚性上部结构的算法。对所建议计算模型的各个方面及其参数取值进行了讨论。编程计算的结果与三维有限元及工程实测结果吻合较好 ,表明所建议方法有较好应用前景     

褥垫层和刚性基础在CFG桩复合地基中的应用

针对褥垫层和刚性基础在CFG桩复合地基中的应用进行了研究,通过分析褥垫层和刚性基础对复合地基受力的影响,揭示褥垫层和足够刚度基础的作用,为CFG桩的合理设计及在工程实践中的应用提供了一定指导。     

刚性桩复合地基变形特性离散元分析

采用离散元法(DEM)软件PFC2D模拟了刚性桩复合地基单桩模型试验,避免了之前广泛采用的有限元法(FEM)、有限差分法(FDM)等连续体法在模拟刚性桩复合地基褥垫层时的不足,并基于离散元模型对刚性桩复合地基中桩体刺入量及地基的水平位移、竖向位移等变形特性进行了分析.分析结果表明:在桩顶处1/4椭圆形的区域内褥垫层颗粒...     

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。     

实体桩复合地基承载原理

实体桩指目前在地基处理中普遍采用的低强度混凝土桩、水泥土柱等刚性桩、半刚性桩、实体桩复合地基承载原理分为两种：被动上刺原理和主动下刺原理。复合地基由桩、桩间土及其上的褥垫层组成。上部结构通过基础将荷载传递给褥垫层,褥垫层根据桩、桩间土及其与褥垫层的共同作用,再分配给桩、桩间土。基桩承载力的大小受到群桩效应、负摩阻力等因素的影响。桩土应力比最终值是褥垫材料性能、厚度、应力状态、桩与桩间土刚度等的函数     

砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构动力相互作用研究

以砂卵石土动力特性三轴试验为基础,结合结构与地基动力相互作用理论,利用通用有限元软件ANSYS,模拟分析了砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构体系在地震作用下地震反应的主要规律：由于动力相互作用的影响,砂卵石土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构-地基相互作用的频率;基础存在平动和转动,致使相互体系与刚性地基上结构体系的顶层位移最大值和加速度有明显不同,地基土传递地震作用具有放大或减振的作用,这与地基土的性质、激励大小等因素有关,砂卵石土地基一般具有减振的作用,致使上部结构接受的地震能量较少,各层反应均较小;同时,基础的刚度对上部结构的地震反应也有明显影响.     

砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构动力相互作用研究

以砂卵石土动力特性三轴试验为基础,结合结构与地基动力相互作用理论,利用通用有限元软件ANSYS,模拟分析了砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构体系在地震作用下地震反应的主要规律:由于动力相互作用的影响,砂卵石土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构-地基相互作用的频率;基础存在平动和转动,致使相互体系与刚性地基上结构体系的顶层位移最大值和加速度有明显不同,地基土传递地震作用具有放大或减振的作用,这与地基土的性质、激励大小等因素有关,砂卵石土地基一般具有减振的作用,致使上部结构接受的地震能量较少,各层反应均较小;同时,基础的刚度对上部结构的地震反应也有明显影响。     

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。     

褥垫层在刚性桩复合地基中的作用

通过对刚性桩复合地基不同厚度褥垫层的静荷载对比试验，进一步验证褥垫层在刚性桩复合地基中的作用。     

承台(基础)-桩-土不同构造形式下的相互作用研究

桩与承台 (或基础 )之间可能有嵌入、接触和隔一层褥垫层三种构造形式 ,针对现有桩与承台连接的复合桩基和在桩顶设置褥垫层的刚性桩复合地基构造形式 ,提出了在桩顶与基础之间预留净空以发挥土承载力的一种新的构造形式。对不同构造形式 ,进行了一系列现场足尺单桩复合地基试验 ,对竖向荷载作用下承台 (基础 ) -桩 -土相互作用、破坏模式、承载力确定等进行了对比分析与研究。     

端承刚性桩复合地基增强体上刺入试验研究

对不同桩径、不同褥垫层厚度在不同荷载水平下桩顶向褥垫层刺入的变形特性进行模型试验,主要探讨复合地基褥垫层的变形机理和端承刚性桩与桩间土能否构成复合地基的问题。试验结果表明,在加荷初期,桩顶向褥垫层的刺入变形主要以褥垫层的压密变形和挤出变形为主;在加荷后期,桩顶向褥垫层的刺入变形主要以褥垫层的挤出变形和压碎变形为主;褥垫层可以有效地调节桩土相对变形,在实际工程中,端承刚性桩复合地基只要保证桩间土的压缩变形量小于桩顶向褥垫层的许可刺入变形量就可以保证桩间土与基础间不出现脱空现象,并给出了端承刚性桩复合地基褥垫层铺设厚度的建议值。本文的研究成果对端承刚性桩复合地基的推广应用具有一定的指导意义。     

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。     

天然地基和刚性桩复合地基上联合筏基的沉降控制设计

本文以某30层高层剪力墙结构住宅采用天然地基和刚性桩复合地基上联合筏基的设计为例,介绍沉降控制设计的过程,复合地基部分采用静压预应力高强混凝土管桩作为刚性桩。在通过变形协调的方法初步确定相关参数的前提下,采用有限元软件SAP2000考虑地基、刚性桩、筏板基础和一定层数上部结构的刚度进行整体分析,控制同一幢建筑物筏基的天然地基部分和刚性桩复合地基部分沉降差异,达到在地基变化位置不设置永久性沉降缝或沉降后浇带的目的,以满足建筑物使用功能要求。     

按复合桩基机理工作的双垫层复合地基

针对传统复合地基内由砂石等透水材料构成的褥垫层在黏性土地基中出现的问题,通过设置刚性和柔性两个垫层,改变桩顶与基础之间的连接方式,形成新的双垫层复合地基。在竖向荷载作用下其受力特性与复合桩基相同,可充分发挥复合地基内桩的作用,显著减少基础的沉降;在水平荷载作用下,柔性垫层可保护复合土层内素混凝土桩的安全。双垫层复合地基承载力设计与传统褥垫层复合地基相同,可直接利用载荷试验资料,通过基础荷载与基础下桩和桩间土抗力相平衡的条件来计算复合地基的变形。     

模拟桩端为岩层的刚性桩复合地基承载性状试验研究

刚性桩复合地基具有提高承载力幅度大、控制变形能力强等优点,在工程实践中得到广泛应用。工程实践表明,在岩层埋置较浅的地区,也可采用刚性桩复合地基技术来提高地基的承载力。然而,由于桩端为岩层的刚性桩复合地基的理论研究较少,对该类刚性桩复合地基桩端持力层的选择存在不同认识。针对该问题,本文选用桩端为岩层的刚性桩与不同厚度褥垫层进行复合地基的承载特性试验研究。通过试验结果分析,证明了褥垫层对于刚性桩和土的荷载分配调节能力很强,通过合理设置褥垫层,能够使桩端为岩层的桩间土承载力得到发挥,保证桩土共同作用,从而使刚性桩与桩间土构成复合地基。本文研究成果可以深化人们对刚性桩复合地基的理论认识,为桩端为岩层的地质情况下选用刚性桩复合地基提供技术支持。     

褥垫层厚度对深厚软土地基沉降特性的影响

基于深厚软土刚性桩复合地基工程实例,运用ABAQUS有限元软件,对褥垫层厚度为0.6 m～1.2 m的深厚软土刚性桩复合地基进行数值模拟,研究褥垫层厚度对刚性桩复合地基沉降量及桩土应力比的影响。结果表明：随褥垫层厚度增加,地基沉降量增大,桩土应力比先减小后缓慢增大。当褥垫层厚度为1 m时,桩土应力比最小,此时厚度为最优褥垫层厚度。因此,采用大厚度褥垫层刚性桩复合地基加固深厚软土地基能有效的降低地基桩土应力比,充分发挥桩间土的承载作用。