基于P～Y曲线的基桩内力与变形分析

研究在桩顶承受水平荷载、弯矩及线性或非线性弹性土体共同作用下基桩沿桩身的水平位移、转角、弯矩和剪力等。介绍以线弹性地基梁模型为理论依据的张氏法、c法、m法、k法和以非线性弹性地基梁模型为理论依据的P~Y曲线法。结合工程实例,分析了软粘土的P~Y曲线,确定各种方法地基土比例系数的取值,用有限差分法及数学迭代法求解基桩挠曲微分方程,对计算结果进行总结、分析和比较。     

对“水泥土桩长等对承载力及模量影响的定量分析”讨论的答复

<正> 感谢周立运先生对“水泥土桩长等对承载力及模量影响的定量分析”一文(以下简称原文)的关注。现就讨论稿中涉及的问题答复如下。 (1)复合地基静载p-s曲线承载力判断标准问题 复合地基静载p-s曲线中,荷载-沉降关系大致有两种     

复杂条件下Winkler地基梁的解析解

基于梁的弯曲微分方程、有限元理论和最小势能原理(虚功原理),利用梁单元间的位移、转角、弯矩和剪力协调条件,地基梁的整体平衡条件,给出了复杂条件下Winkler地基梁的一种计算方法。此方法能对Winkler地基梁在受集中力、集中力偶和任意形式的分布荷载共同作用时进行解析解求解,而且地基梁的截面和弹性模量、地基的基床系数可以分段不同。此方法能得到各梁单元和整个地基梁的沉降位移表达式,且这一表达式与简单条件下的Winkler地基梁经典解有相同的结构形式;根据与沉降位移表达式之间的导数关系,可以进一步得到转角、弯矩和剪力表达式。算例表明,计算结果与一般有限元方法的计算结果完全吻合。另外,此方法虽然在概念上属于有限元方法的一种,但单元划分方法与一般有限元方法存在本质差别,单元个数也远远少于一般有限元方法的单元个数。     

单桩非线性沉降分析模型

以弹性理论为基础,提出一种单桩非线性沉降分析新模型.提出的模型可同时考虑桩底土的非线性、桩侧界面接触非线性及桩周土体受剪的非线性变形.该模型中,假设土体作用力只对其位置产生非线性变形,而对其他位置则产生线性变形.非线性位移影响因子根据现场荷载试验或由荷载-位移双曲线关系得到,而线性位移影响因子则采用弹性理论的Mindlin解进行计算.采用刚塑性模型处理桩土界面的接触非线性,借鉴荷载传递法的合理成分,既考虑土体的连续性,同时又考虑其位移传递能力的有限性,因而更为合理实用.2个工程实例的计算结果表明,该模型与实测结果吻合较好.     

空间桁架极限承载力

为分析空间桁架结构的极限承载力，采用基于更新拉格朗日描述的空间梁单元和球面弧长法计算压杆的荷载－位移全过程，将计算得到的压杆荷载－位移曲线分段线性化考虑杆件材料非线性、并据此编制了非线性有限元分析程序。     

Winkler与三参数弹性地基梁模型的计算比较

三参数弹性地基梁模型是在Winkler模型基础上的改进.为说明三参数模型的实用性,以Winkler弹性地基梁和三参数模型为理论计算基础,采用有限元法分别求解,并用Matlab编制程序进行计算及绘图.通过对计算实例的比较和分析,表明三参数模型计算方法在计算基底位移、基底反力时比Winkler模型更加符合实际,在计算梁内力时与Winkler模型基本相同,最后对影响因素进行了分析.     

双层地基中倾斜偏心荷载下基桩非线性模型试验研究

引入初始地基比例系数、初始地基系数、水平位移特征值,导出一种新型双曲线型p-y曲线,并给出了参数经验选取参考值范围。在上层粘土下层砂土地基中进行了2组模型桩试验,含2根水平加载的钢桩和6根倾斜偏心荷载下的木桩。试验表明,水平荷载、竖向荷载和偏心弯矩荷载下柔性木质模型桩非线性特征显著。按双曲线型p-y曲线计算的模型桩地面处和桩顶水平位移与实测值吻合良好,验证了双曲线型p-y曲线。水平位移特征值增大时,桩身位移将减小,桩身最大剪力将增大,桩身最大弯矩将减小,桩侧最大土压力将增大。双层地基中,下层砂土位移特征值变化对试桩受力影响极小,从简化计算参数和应用角度出发,实际应用时可将下层砂土水平位移特征取值与上层粘土的相同。     

利用荷载～沉降曲线确定地基承载力的方法探讨

以载荷试验得到的荷载~沉降数据为基础,分析了4种数据归一化方法对荷载~沉降曲线拐点位置的影响,探讨了由荷载~沉降曲线求解极限承载力的3种方法,求解了其拟合参数的概率统计特征。研究表明:采用双曲线模型可以较好地拟合载荷试验得到的荷载~沉降数据。根据荷载~沉降曲线,采用拐点法、沉降法及参数法求得的承载力依次增大,求解极限承载力较好的方法是沉降法。若想准确得到荷载~沉降曲线的拐点位置,应首先对荷载及沉降同时进行归一化,然后进行曲线拟合。采用双曲线模型拟合荷载~沉降曲线时,两个拟合参数间存在较强的负相关性。     

考虑负摩阻力作用的超长桩荷载传递计算

基于超长桩试验资料,采用考虑负摩阻力作用的广义双曲线荷载传递模型反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性,桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土体的非线性变形特性,并且引入Mindlin解以考虑桩侧摩阻力在桩端处产生的桩端位移,从而建立了层状软土地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基中超长桩的桩侧阻力、沉降以及极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。通过工程实例计算与实测对比分析,可知计算得到的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合,因此该理论可作为确定桩承载力的依据。该理论可靠、方法简单,且具有较好的适用性。     

土体固结沉降的ADINA分析

采用非线性分析软件ADINA建立地基土体固结沉降的有限元模型,分析研究了均布荷载作用下建筑地基的沉陷规律和水平位移变形,并且通过对地基沉降和水平与竖向位移的分析计算,验证了运用ADINA软件对土体的固结沉降进行分析的可行性。     

考虑桩土变形协调的软土刚性桩复合地基设计计算

 按照规范设计,软土刚性桩复合地基桩间土的承载力往往被过高使用,其设计承载力对应的沉降大于复合地基沉降,而实际中是不可能出现这种情况,因此,桩间土承载力并不能按照设计发挥,主要原因是没有考虑桩、土变形协调的关系。为揭示桩、土变形协调的内在本质以及软土承载力被过高使用的问题,采用双曲线切线模量法,分别计算桩、土的p-s曲线,然后叠加成复合地基的p-s曲线,建立桩、土变形协调关系,以此分析桩、土荷载分担的情况。分析后发现,按照规范方法设计时,通常软土的承载力使用过高和桩的承载力设计偏低,如单桩承载力或其强度不足,易导致桩及复合地基破坏。针对规范方法的不足,提出合理的软土刚性桩复合地基设计应考虑桩、土变形协调的关系,应根据其p-s曲线按照相应沉降量所对应的荷载确定桩间土承载力,建立的考虑桩、土变形协调的软土刚性桩复合地基设计计算方法,可为今后设计提供指导作用。     

强度和变形双控条件下基础尺寸的设计及优化

新的地基设计理论提出了依据基底荷载与沉降的p–s曲线,按照强度和变形双控的原则进行基础设计,但不同的基础尺寸其对应的p–s曲线也是不同的,如何依据基底荷载与沉降的p–s曲线确定基础的合理尺寸,以满足地基强度和变形双控的原则,这是一个很具体和有意义的工作。本文基于原位压板试验的p–s曲线反算出土体参数,然后采用切线模量法计算出不同基础宽度的p–s曲线,通过沉降要求和地基强度安全系数要求得到不同尺寸下基础对应的地基承载力,然后根据基底压力确定满足强度和变形要求的最小基础尺寸,并通过案例将该方法与现行规范方法进行比较,说明该方法的合理性。     

基于e-p压缩曲线和p-s载荷沉降曲线的

以侧限压缩试验为基础的分层总和法在计算小尺寸基础沉降时存在较大误差,而以载荷板试验为基础的地基沉降算法不能够反映大尺寸基础的变形特性。依据e-p压缩曲线的分层总和法在计算大面积荷载下地基沉降时有一定的理论和试验基础,是相同基底压力的实际基础沉降的上限;而p-s沉降曲线能够反映小尺寸基础的变形特性,是相同基底压力的实际基础沉降的下限。以上述理论为基础,提出了地基沉降的内插算法,把确定压缩模量的问题转化为寻找内插函数的问题。该算法可以把传统算法产生的绝对误差降低为在一定区间内的相对误差,提高了地基沉降的计算精度。进而,提出了采用二组不同尺寸载荷板试验成果预测基础沉降的方法,通过在同一地基上的四组载荷板试验验证了该方法的合理性。推导了一个圆形基础的内插函数,给出了采用内插法计算基础沉降的具体过程。分析表明：随着基础尺寸的变大,地基沉降曲线逐渐由凹型过渡到凸型。该方法综合了侧限压缩试验和载荷板试验成果,可以反映不同尺寸基础的沉降特性。该方法理论和试验基础明确,计算过程简单方便,适合在工程实践中推广。     

基于沉降控制的刚性桩复合地基设计方法及应用

Some problems of rigid pile composite foundation design according to current codes have been analyzed. After investigating the function of cushion in rigid pile composite foundation and the influence rules of cushion thickness and stiffness of soil on pile-soil stress ratio,the tangent modulus method proposed by YANG Guanghua is used to study the design method according to settlement control. The design method is presented as follows. Firstly,supposing that pile and soil are independent systems,the nonlinear p-s curves(where p is stress,s is settlement) of pile and soil are calculated,respectively. Then,according to the deformation compatibility principle,the settlement curve of composite foundation is obtained by the above p-s curves. Finally,by controlling settlement and adjusting cushion thickness,loads on piles and soil are optimized,which makes the design of rigid pile composite foundation reach the best state. A practical project design is optimized by this method. The calculation value is very close to the measured settlement,which proves the rationality of this design method. This method better considers pile-soil interaction;and its parameter determination is relatively simple and reliable,so as to give a new idea in rigid pile composite foundation design.     

三元和四元复合地基工程特性的对比试验研究

多元复合地基具有较好的技术效果和经济效益,但目前尚无比较成熟的分析方法供设计和检测使用。在桩、土顶部安装压力盒(计)和传感器,对三元和四元复合地基进行静载试验研究,结果表明:复合地基中桩、土应力随总荷载加大而增长,增长率与强度或相对刚度成正比;不同的桩、土应力增长率使桩体分担荷载比和桩土应力比随总荷载的变化规律有较大差别;两种复合地基的p-s曲线均呈缓变型,可用双曲线法模拟,便于建立破坏标准、获得切线模量;受压后,桩间土先达到塑性状态,大部分荷载增量由桩体承受,总效应是变形增大,故三元和四元复合地基宜按变形控制设计。本文结果可供进一步的理论研究和工程设计参考。     

刚性桩复合地基尺寸效应试验研究

 为了研究刚性桩复合地基承载性状受基础尺寸大小变化的影响规律,自主研制一个模型箱试验装置,开展4个不同尺寸压板的地基土以及复合地基载荷试验和单桩载荷试验等相关模型试验,获得一套模型试验测试成果。试验结果表明,在基底应力和置换率相同的条件下,复合地基沉降随压板尺寸增大而增大,桩–土应力比随压板尺寸增大而增大,桩分担的荷载随压板尺寸增大而增大。在试验成果的基础上,从理论上对刚性桩复合地基尺寸效应进行分析,所揭示的规律与试验结果也是一致的。由于尺寸效应的存在,现场载荷试验承载性状不能代替实际基础复合地基承载性状,进而提出由桩–土组合叠加计算模型的方法,来解决复合地基尺寸效应问题,模型试验及工程实例计算结果证明了该方法是可行的。结果可为解决复合地基尺寸效应问题及探讨复合地基承载能力检测方法提供参考。     

单桩和复合地基静载荷试验曲线比较分析

本文讨论了单桩和复合地基静载荷试验的p—s曲线类型和影响因素，以及对应曲线情况下承载力的确定问题，对单桩，从桩土相互作用角度归纳了在垂直荷载作用下桩顶p—s曲线的特征；对复合地基，主要分析了搅拌使强度和均匀性对p—s曲线类型的影响。     

高层建筑厚筏反力及变形特征试验研究

根据大型模型试验证明 ,高层框架及厚筏的刚度近似于箱型基础 ,当筏板厚度超过 1/ 6柱跨时 ,用倒梁法计算与整体分析法效果相近。利用局部荷载作用下计算筏板反力和沉降的方法按叠加原理 ,可近似求出多个塔楼作用下大面积厚筏基础的沉降     

大直径扩底桩承载力及变形计算

本文通过对１０根置于不同持力层、具有不向桩身及扩大端直径的人工开挖大直径扩底桩的试验结果分析．提出了砂性及碎石类土中大直径扩底桩的变形计算机模式与参数；并根据变形函数，以变形量为极限承载力控制标准，给出了临界桩径承载力参数及大直径桩承载力折减系数。     

现代地基设计理论的创新与发展

主要介绍了依据现场原位压板载荷试验而建立的一套地基设计的新理论.地基设计中地基沉降计算与地基承载力合理确定的问题是土力学中的经典问题.现代土力学理论虽然发展了土的本构模型和现代数值计算方法,解决了非线性等复杂的计算难题,但实际工程设计中,目前采用的仍是传统的半理论半经验的方法,这是土力学理论创立近百年以来都没很好解决的...