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。     

主裙楼变厚度筏板计算分析

本文采用三维有限元法的三维退化层合单元法和分区积分技术，将桩土看成弹簧作用在筏板上，把群桩中单桩非线性刚度和土的刚度结合到总刚度中，建立起桩-土-筏相互作用简化方法，分析了高层建筑主裙楼采用平板式筏板和梁板式筏板相结合基础型式的桩筏基础的沉降和筏板中的应力等分布情况，并与实测结果进行了比较，结果比较一致。     

生态复合墙结构桩筏基础优化设计分析

为了研究生态复合墙结构在地基基础与结构相互作用时桩筏基础的优化设计方法,建立生态复合墙-剪力墙混合结构和纯剪力墙结构在相互作用条件下的数值计算模型,计算了结构及地基基础的内力及变形。结合计算结果,分析了相互作用对桩筏基础、地基的应力、应变等的分布规律的影响,并将两种结构计算结果对比分析,研究了筏板厚度、混凝土强度、桩长、桩径等因素的变化对上部结构、桩筏基础的应力、应变及桩顶反力、桩筏荷载分担比等的影响,为生态复合墙结构桩筏基础基于地基-基础-结构相互作用的优化设计提供了参考。     

变截面桩筏基础计算分析

通过三维有限元法的三维退化层合单元法和分区积分技术。将桩土看成弹簧作用在筏板上。把群桩中单桩非线性刚度和土的刚度结合到总刚度中。建立起桩-土-筏相互作用简化方法，分析了一大型烟囱的桩筏基础的沉降和筏板中的应力等分布情况，并与实测情况进行了比较。结果相当吻合。     

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。     

使用修正变分法分析抗拔单桩和群桩的变形

抗拔桩常被应用于地下构筑物的抗浮和受较大弯矩作用高耸构筑物的基础。根据最小势能原理,使用修正变分法来分析抗拔单桩和抗拔群桩的变形。在传统变分方法的基础上,本文将抗拔群桩的变形分析简化为计算一个2×2维矩阵,使得群桩变形分析时间大大缩短。通过与模型试验结果进行比较,该方法不但可以节省单桩和群桩变形分析时间,而且计算结果与实测结果也比较相近。     

群桩-厚筏板基础的简化计算方法

提出了一种群桩-土-筏板基础共同作用的有限元简化计算方法,计算时将筏板下的桩、土根据各自的非线性刚度简化成弹簧作用在筏板上,对厚筏板采用三维退化层合单元进行有限元计算,在保证精度要求下有效地减少了单元数和节点数。对一实际桩筏基础进行了计算和分析,用以指导优化设计,并把计算结果与等刚度法计算结果及实测值进行了比较,计算结果与实测比较吻合。     

群桩沉降预测的简化非线性分析法

本文介绍国外一种在竖向荷载作用下的群桩非线性反应近似计算方法。该方法采用双曲荷载传递函数来模拟非线性的桩-土-桩相互作用。根据一些已有文献中的单桩荷载试验数据的分析,可以评估所介绍方法的可行性。该方法通过计算分析,可以得到主要模型参数的近似值。在单桩分析的基础上,采用等效墩概念并根据桩-土相互作用修正单桩荷载传递函数可以将单桩的荷载-沉降反应推广到群桩。文中研究了两例群桩的现场测试性能,并将试验结果与所介绍方法的计算结果进行了比较。研究表明群桩的荷载-变形性能是可以较合理的预测的。     

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。     

CFG桩复合地基与钢筋混凝土筏板基础设计

对于高层建筑钢筋混凝土筏板基础设计,通常将弹性地基梁法的计算结果与简化的倒楼盖法计算结果相比较,采用综合取值的设计方法,其核心就是如何提高地基变形计算的精确性。通过对上部结构-筏板基础与地基的共同作用概念及机理的论述和探讨,并在已有实测结果统计分析的基础上,分别对高层建筑CFG桩复合地基和筏板基础的受力和变形原理进行分析,提出CFG桩复合地基与筏板基础设计时,按现有CFG桩复合地基变形计算理论并考虑上部结构-筏板基础-地基共同作用和土层厚度分布影响的CFG桩复合地基变形计算的改进方法。采用该改进方法对某实际工程的CFG桩复合地基变形进行了计算,其计算结果与该工程沉降观测值大小及其分布规律基本一致。     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。     

横向受荷桩桩侧土体位移应力分布弹性解

基于桩土共同工作机理推导出横向受荷桩桩侧土体内位移与应力分布的弹性解析解,可用于分析土体中某点在水平力作用下位移及应力应变的变化规律。根据土体变形模量与位移的近似关系获得桩侧地基土体的模量分布与加权模量,将其用于有限元–有限层法进行横向受荷桩的受力变形分析,可近似考虑土体的非均质与非线性等特性,并编制出计算程序。最后,结合工程实例讨论了不同桩侧土体变形模量分布模式对桩身内力变形的影响规律。对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元–有限层法能更合理地分析桩土共同工作。     

基于桩侧广义剪切模型的大直径超长灌注桩承载变形计算方法

大直径超长灌注桩桩身变形较大,桩侧与土体易出现明显的界面滑移,传统剪切位移法难以适合其承载变形计算。基于大直径超长灌注桩桩–土剪切作用性状及桩侧摩阻力发挥特点,采用剪切位移和剪切滑移两阶段法描述其桩侧摩阻力发挥过程,形成桩侧广义剪切模型;在此基础上,采用传递矩阵增量方式建立大直径超长灌注桩承载变形计算方法,并给出计算参数的取值。该方法考虑了桩侧摩阻力发挥的非线性、桩端承载的非线性及桩身材料的非线性,并考虑了桩–土滑移后桩侧摩阻力软化特性及桩端后注浆对桩端承载性状的影响。工程实例计算结果与现场试桩实测值较为吻合,表明基于桩侧广义剪切模型建立的大直径超长灌注桩承载变形计算方法具有合理性与可行性。     

地面堆载下桩与土体相互作用分析

本文从分析地面堆载条件下桩的受力和变形机理出发 ,进行了被动桩条件下邻近桩基与土体的相互作用分析计算 ,计算中考虑了土的非线性 ,采用了P y曲线法求解。并利用已知工程算例验证了方法的正确性 ,为受堆载影响的桩的计算和设计提供了依据。     

毛竹复合土钉墙数值分析

本文采用非线性有限元法探讨软土深基坑毛竹复合土钉墙支护机理。数值模拟采用ABAQUS三维非线性有限元软件和实体单元(取代传统的结构单元)来模拟毛竹土钉与土体的相互作用,土体采用莫尔-库仑理想弹塑性模型,基坑的变形分析采用在此软件平台上二次开发能反映基坑开挖卸载的邓肯-张E-B模型,模型参数采用三轴加、卸载应力路径试验值或经验值。毛竹土钉按张拉破坏的弹性材料进行模拟,坡脚毛竹排桩等效为连续板桩来模拟。数值模拟预测结果与现场实测结果吻合较好,表明三维非线性有限元法对毛竹复合土钉墙的变形预测具有定量计算精度,可用于动态指导基坑开挖、支护设计和施工。     

基于DIC技术的桩–土–承台共同作用性状的 模型试验研究

 利用数字图像相关技术,编制适合岩土试验模型变形量测分析的位移场分析程序(DIC)。结合室内模型试验,利用DIC程序对试验中获得的系列图像进行分析,得到群桩基础的承载变形特性、桩周土体的位移场,并对其破坏模式进行推断。研究结果表明：利用自行编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的,并可以得到全场位移;随着桩距增大,群桩基础荷载沉降特性有更多的天然地基承载表现;3b(b为方桩边长)桩距群桩由于桩对桩间土体的遮拦作用明显,其侧向位移数值较6b桩距的要小;对于3b桩距群桩,土体的压缩主要集中在桩端以下土层,整个群桩基础呈实体深基础破坏模式,而对于6b桩距群桩,桩间土体的压缩量占主导地位,整个基础因桩间土体侧向挤出而破坏。分析结果验证复合桩基理论,6b桩距可视为常规桩基与复合桩基的桩距分界点。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

Analysis of excavation-induced responses of loaded pile foundations considering unloading effect

In urban areas, the excavation of tunnels and foundation pits will inevitably influence the working performance of adjacent pile foundations, and many failure cases have been reported in recent years. Thus, it is important to accurately evaluate the additional pile responses. Most existing methods tend to neglect the influence of working load on excavation-induced additional pile responses, and some of them cannot properly consider the nonlinear characteristics of pile-soil interaction. In this paper, governing differential equations, which take the coupling effect of longitudinal and lateral deformation into account, are established for both single piles and pile groups. A new theoretical method, in which the deflection curves of the enclosure structure calculated by the modified “m” method are taken as basic calculating data, is developed to estimate the free-field soil movements induced by foundation pit excavation. A two-stage analysis method is then proposed to study the behavior of pile foundations subjected to excavation-induced ground movements. This method can take the influence of working loads acting on pile heads into account, and overcome some deficiencies of existing methods. Then, the proposed method is verified by comparing the calculated results with boundary element solutions and centrifuge test data. Good agreements between these solutions are demonstrated. Thereafter, this method is employed to study the influence of the vertical working load on the excavation-induced pile responses. It can be found that the influence of the vertical working load on the vertical pile responses is significant, and under some special situations, the influence of axial force on lateral responses is not negligible and the coupling effect should be factually considered.     

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和 实测对比研究

 圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程,数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响,因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论,通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场,讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响,并和现场实测进行了对比。研究结果表明,挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致,且能反映土性的变化情况;在动态压桩过程中,水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大,竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加,而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应,因此在压桩过程中要给以足够的重视。