基于数学规划算法的单桩沉降计算分析研究

基于荷载传递法的土弹簧模型,提出了新假设,并建立了用于单桩沉降计算的数学规划模型。该数学模型以离散的最小势能方程为目标函数,桩顶荷载为约束条件,拟解决如何对各土弹簧进行荷载分配使整个系统势能最小的数学问题。不同于传统的土弹簧模型,论文提出的模型假设某一桩单元沉降值为该桩单元顶部平面沉降与底部平面沉降的平均值。通过算例验证,文章推出的计算方法可行有效,计算得出的 Q – s 曲线、轴力分布与实测数据吻合较好,并对比发现在桩单元较少的情况下,通过该数学规划模型求解单桩沉降可以达到比位移协调法更高的精度。     

砂土中微型桩p-y曲线研究

本文通过砂土中微型桩侧向受荷室内足尺模型试验,获得了微型桩在侧向受荷时不同深度处桩身位移、弯矩和桩周土反力,研究了微型桩的变形和受力特性。在试验基础上,利用三维有限元方法建立了微型桩-土互相作用模型,针对桩径从0.1 m到0.2 m的微型桩p-y曲线进行分析,并与常用的Reese法和API法的进行比较,发现常用的Reese法和API规范的p-y曲线的初始刚度偏大及桩周土极限抗力偏小。最后,在试验及三维有限元模型的基础上研究了微型桩-土p-y曲线沿深度变化的分布特性,提出了适用于砂土中微型桩的双曲线型p-y曲线。     

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。     

砂土液化分析方法对连续梁桥地震响应的影响对比研究

为了研究液化场地下桩-土共同作用对连续梁桥地震响应的影响,基于McGann指数衰减函数,提出了修正p-y曲线法模拟砂土液化效应。以某三跨连续梁桥为工程背景,对比研究了墩底固结法、土弹簧法、m法以及修正p-y曲线法对桥梁地震响应的影响,并对液化层厚度和埋深进行了参数分析。研究表明:墩底固结法和土弹簧法大大高估了液化场地下桩基的刚度,导致桥梁内力响应偏大;采用修正p-y曲线法得到的桥梁内力响应最小,但主梁位移却远大于其余三种方法,说明砂土液化对桥梁最不利的影响在于过大的位移;随着液化层厚度的增大,桥梁内力响应先下降后趋于稳定;液化层埋深的变化对桥梁内力响应的影响较小;m法得到的桩顶附近内力远大于p-y曲线法,而在桩身中部则明显低于p-y曲线法,因此按照m法进行桩身配筋时可能导致桩顶偏保守,桩身中部偏不安全。     

黄河三角洲粉土中水平受力桩p-y曲线试验研究

p-y曲线法在国内外的桩基设计中广泛使用,但对于黄河三角洲新近沉积粉土的p-y曲线尚缺乏研究。通过室内模型试验,根据桩身弯矩、桩身水平位移与桩周土抗力三者之间的关系,得出黄河三角洲饱和粉土地基单桩p-y曲线,并与美国石油学会API推荐的p-y曲线以及现有的两种粉土p-y曲线进行比较。对比发现:API推荐的p-y曲线有偏大的初始土抗力及偏小的极限土抗力,而现有的两种粉土p-y曲线有偏大的极限土抗力。最后给出了在黄河三角洲粉土地区桩基设计的建议。     

基于桩侧砂土圆锥型修正应变楔模型的p-y曲线

基于桩侧砂土三维圆锥型应变楔的变形特征,提出砂土中水平受荷桩的非线性p-y曲线。构建圆锥型楔形体前表面应力体系并引入土体应力-应变双曲线模型,进而考虑应变楔的水平受力平衡得到桩侧土反力的表达式。在此基础上,结合弹性地基梁有限差分数值分析,建立了水平受荷桩非线性p-y曲线的理论推导方法。将该理论用于钻孔桩和打入桩模型试验的算例分析,结果表明：相对于API规范的p-y曲线、双曲线型p-y曲线以及传统非圆锥型应变楔模型得到的p-y曲线,本文方法得到的非线性p-y曲线与模型试验结果更为接近。通过比较本文圆锥变形模式与传统非圆锥型应变楔模式的差异以及桩-土参数的影响分析,进一步论证了该方法的优点。     

砂土中水平受荷斜桩的p-y曲线及其应用

为获得水平受荷斜桩的p-y曲线,在中密干砂中开展4根斜桩及1根直桩的模型试验,对试验结果拟合得到模型桩桩侧土反力及桩身横向位移之间的p-y曲线。通过三轴试验得到砂土的(35)?-?曲线。将模型桩的p-y曲线及砂土的(35)?-?曲线无量纲化并建立二者之间的关系,在此基础上建立砂土中水平受荷斜桩的p-y曲线,并给出相关参数的确定方法。分析表明,基于p-y曲线的计算结果与模型试验及文献中的离心模型试验结果吻合较好,这说明所建立的p-y曲线是合理的,能反应斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。最后,应用p-y曲线对影响水平受荷斜桩性状的因素进行分析。结果表明,与桩顶自由时相比,斜桩桩顶固支可以有效减小桩身位移和桩身最大弯矩。斜桩桩顶竖向荷载的存在减小了负斜桩的横向位移和最大弯矩,而增大了正斜桩和直桩的横向位移和最大弯矩。桩身刚度较小时,增大桩身刚度可以有效减小斜桩桩顶横向位移和桩身最大弯矩。     

考虑土体非线性时被动桩内力和变形特性计算

将位移法和p-y曲线法相结合以计算被动桩桩身内力和变形.将桩周土体水平位移与桩周软土层厚度、土体性质、堆载工况等因素联系起来,基于位移法计算邻近堆载对基桩产生的影响,并对比选用典型p-y曲线模型描述桩侧土抗力与桩身水平位移之间的关系.综合考虑桩顶荷载及桩周堆载的影响,建立了引入P-Δ效应的被动单桩桩身挠曲微分方程,采用...     

桥梁桩基础抗冲刷能力评估

桥梁受到洪水等冲刷作用而损伤破坏的现象普遍,且桥梁冲刷现象复杂,影响因素众多。因此,评估桥梁的抗冲刷能力具有重要的工程意义。文章以某桥为研究对象,计算了土体不同深度的p-y曲线,并根据冲刷深度拟定多种冲刷状态,通过计算得出相应冲刷状态下的桥墩和桩的反应,讨论了其屈服、破坏时的情况。具体研究内容:利用流体力学理论对水流压力作用下的桥墩和桩建立冲刷力学模型;用Winkler地基梁模型模拟桩-土相互作用,并用满足非线性p-y曲线的土弹簧来代表土体的非线性行为,利用分布式塑性铰模型来模拟桩身可能发生的挠曲破坏;最后对桥墩和桩承载能力进行分析,进而对桩基础的抗冲刷能力进行评估。     

基于荷载传递曲线的大直径钢管桩水平受力特性分析方法

海上风电通常选用大直径钢管单桩基础。水平受力的大直径钢管桩桩截面转动引起的桩周土对桩的附加抗力作用较为显著,为考虑这部分附加抗力对大直径桩水平受力特性的影响,首先,提出适用于大直径钢管桩水平受力分析的修正文克勒地基梁模型,分别使用非线性弹簧模拟土和考虑剪切变形的C1型梁单元代表桩,假定桩单元内部土荷载传递曲线的割线刚度为线性分布,推导相应的有限元公式,形成考虑桩截面转动附加抗力作用的耦合法,并根据该算法编制程序。然后,基于现有的土荷载传递曲线使用耦合法对算例进行分析,以验证耦合法的合理性,并将其计算结果与仅考虑横向非线性弹簧作用的p-y法的计算结果进行对比分析。分析结果表明:耦合法可更好地预测大直径钢管桩的水平受力特性;大直径钢管桩桩身变形越接近于刚性转动,桩截面转动产生的附加土抗力作用越显著,当大直径钢管桩桩身变形接近于柔性变形时,桩截面转动产生的附加土抗力作用基本可以忽略。     

基于CPTU测试p-y曲线法及其在桩基水平承载中的应用

 孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)原位测试提供的是最直接、最原始的土性参数,可以精细化反映土层信息随深度的非线性变化。采用原位测试CPTU锥尖贯入参数对桩基水平承载力进行评价,建立锥尖参数与p-y曲线参数的综合对应关系,提出基于CPTU原位测试的单桩p-y曲线计算及水平承载力确定方法。依托典型场地(靖江长江漫滩,宿迁废黄河泛滥区,苏州昆山太湖流域)水平试桩资料,对比验证了CPTU法p-y曲线模型的准确性及其在桩基水平承载预测中的可行性。结论表明：CPTU测试p-y曲线法能准确反映水平受荷桩的土抗力发挥特点,是一种高效、快速的桩基水平承载力确定方法。     

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。     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

非饱和砂中PHC管桩动力p-y曲线特性分析

震动作用下,非饱和单层砂土侧向刚度自上而下逐渐增大,PHC管桩-土间相互作用耗能较小。不同的地震波对PHC管桩的动力p-y曲线影响显著,但侧向土体刚度没有明显变化。靠地表一定范围内的土体在地震会出现塑性变形,当砂土较密实时,塑性变形的深度会有所减小。     

用循环三轴试验分析海上风力发电机单桩基础侧向位移

为了开发洁净的再生能源,海上风力发电已成为欧洲各国积极研究的重点。一个足以承受长期波浪及风力的基础设施是让风力发电设施在使用年限内正常运转的必要条件。目前欧洲海上风力发电设计案例中,大口径的钢管桩是一种最常被运用的海上风力发电机基础型式。然而,目前工程界普遍使用的p–y曲线分析法并不适用于评估此种大口径单桩受长期侧向力的行为。特别针对砂性土壤,提出了应用室内三轴循环试验的结果评估单桩在单向循环侧向力下的变形方法。应用室内循环三轴试验所得的塑性应变增加量推求土壤的割线衰减刚度,再导入三维有限元素数值模型的方法,可以得到桩身在循环侧向力下的位移。此种方法非常适用于海上风力发电机单桩基础在均匀及层状土壤中侧向行为的初步工程设计。更多还原 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset');     

竖向受荷PCC桩宏细观工作性状研究

 采用可视化模型试验及离散元数值仿真方法,对竖向受荷现浇混凝土大直径薄壁管桩(简称PCC桩)桩土传力特性、位移场发展规律及破坏性状进行深入研究。研究结果表明：PCC桩荷载–沉降曲线呈缓变型,桩外侧摩阻力高于内侧摩阻力,内侧摩阻力发展滞后于外侧摩阻力,桩外侧摩阻力在桩身上段发挥较充分,内侧摩阻力在桩身下段发挥较充分,桩内侧摩阻力及端阻力控制PCC桩后期承载力;桩外侧土体以斜向下的剪切变形为主,其影响范围约为2D;内侧以竖向压缩变形为主,加载初期与桩同步变形,加载后期桩内侧下部土体与桩之间相对位移明显大于桩内侧上部土体;桩端土体可分为圆锥形竖向压缩区及侧向变形区,其在深度方向的影响范围达到4D,桩端土变形模式在平面上呈扇形;接触力链的分布与侧阻力沿桩长分布特征基本保持一致,而桩端土孔隙率的变化则从细观角度反映侧阻先于端阻发挥。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机制具有意义。     

弹塑性p–y模型及非线性地基梁的增量有限元法

在水平受荷桩基的分析与计算中,p–y曲线法是应用较为广泛的方法之一。在边界面弹塑性理论的框架内,建立了一个p–y模型。与传统的p–y曲线比较,该模型能通过不同的参数取值,模拟不同非线性特性的p–y关系,并能模拟往复荷载作用下的桩土相互作用。同时采用非线性地基梁的增量有限元法,结合提出的弹塑性p–y模型,编制了有限元分析程序,对单调和往复水平荷载作用下的桩土系统进行实例分析,结果表明该方法能有效的模拟水平荷载作用下的桩基非线性响应。     

基于p-y曲线的路堤堆载对邻近桥梁桩基影响的计算分析

对于水平受荷桩的分析,国内使用较多的是m法,但因不能考虑土的大变形和非线性特性,且相关规范或规程中给出的m值范围很大,给设计人员的取用带来很大困难。针对这一问题,本文基于p-y曲线法,就路堤堆载对邻近桥梁桩基的影响进行计算分析,其结果与二维有限元模拟结果的对比分析,表明本文提出的方法是可行的。