上拔荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

通过有限元软件模拟了上拔荷载作用下斜桩的承载变形性状并与直桩进行比较,分析了桩身倾角对桩顶位移、极限抗拔承载力、桩身弯矩、剪力及轴力的影响,研究了斜桩-土接触压力、桩侧摩阻力的分布特征,探讨了长径比与斜桩有效桩长的关系.结果表明:在上拔荷载作用下,斜桩桩顶的上拔位移均大于相应直桩.桩身倾角及上拔荷载越大,上拔位移和水平位移越大;斜桩极限抗拔承载力大于直桩,且在15～20°之间存在一个最佳倾角使斜桩的极限抗拔承载力达到最大;桩身最大弯矩均出现在z/L=0.1处,最大剪力均出现在桩顶截面处.在z/L=0.4以下区域,桩身弯矩及剪力几乎全部为零.同一桩身相对深度处,桩身剪力及弯矩都随着倾角的增大而增大;直桩及各斜桩桩端存在真空吸力.倾角对桩身轴力的影响不大;桩-土接触压力的大小与桩身倾角的大小有关.桩与土沿深度方向脱离的范围随着倾角的增大而增大;斜桩左、右两侧摩阻力分布相差较大,其大小与倾角的大小有关;上拔荷载作用下斜桩存在有效桩长.倾角的大小对有效桩长影响不大.     

不同弯矩作用时斜坡上单桩承载特性的数值模拟

为研究不同弯矩作用对斜坡上单桩水平承载特性的影响,运用ABAQUS有限元分析软件建立45°斜坡模型,对不同弯矩荷载作用时斜坡上单桩桩身水平位移,桩身弯矩和桩前后土压力进行数值模拟。结果表明,随着桩顶弯矩荷载的增加,桩身水平侧移、桩身最大弯矩和桩前土压力均随之增加。桩顶弯矩的施加大大降低了斜坡上桩的水平承载力。     

砂土中水平受荷斜桩性状模型试验研究

为了解斜桩的水平承载变形性状及荷载传递性状,本文在砂土地基中开展了2组斜桩的水平承载模型试验,研究了桩身倾角及长径比对斜桩水平承载力的影响,分析了水平荷载作用下斜桩桩身轴力、弯矩、剪力及摩阻力的分布特征.试验结果表明:桩长相同时,正斜桩的水平承载力最大,负斜桩的水平承载力最小,直桩的水平承载力居中.水平荷载作用下,正斜桩桩身全长受拉,负斜桩桩身上部区段受压,下部区段受拉,不论正斜桩还是负斜桩,桩身轴力最大值均在桩顶下一定深度的截面.承受相同的水平荷载时,正斜桩的弯矩最小,负斜桩的弯矩最大,直桩弯矩居中,桩较长时,桩身弯矩较小.正斜桩的剪力最小,直桩居中,负斜桩最大,不论正斜桩还是负斜桩,剪力最大值均在桩顶截面,桩顶下一定深度处还存在极值剪力.正负斜桩桩身上部区段均存在负摩阻力,下部区段为正摩阻力.     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

任意倾角斜桩承受任意平面荷载的弹性分析

假设地基土体为半无限弹性体,考虑桩身的具体形状,分析了斜桩桩顶受任意平面荷载作用下的受力变形,并建立了积分方程式.采用数值方法,利用Gauss积分技术,得到了桩顶位移解答.对相同竖向荷载作用桩身不同倾角时桩顶沉降的特性,以及直桩在不同倾角的荷载作用下桩顶沉降特性进行了分析.以桩顶沉降控制作为桩基承载力设计的标准,认为直桩可以承受小于10°倾角的倾斜荷载,承受竖直荷载的斜桩可以有小于10°的倾角.     

水平受荷斜桩双曲线型p-y曲线的构建及其应用

基于模型试验获得中密干砂中水平受荷斜桩的桩侧土反力p与桩身位移y的关系曲线,探讨斜桩和直桩的桩侧极限土反力、初始地基反力模量与桩身倾角的关系,构建砂土地基斜桩的双曲线型p-y曲线. 应用建立的双曲线型p-y曲线对文献[16,20]的模型试验进行计算,计算结果与实测结果具有较好的一致性,验证了建立的双曲线型p-y曲线的合理性. 运用建立的p-y曲线,分析影响水平受荷斜桩性状的因素,结果如下. 1）与桩顶自由条件相比,斜桩桩顶固支可以有效地减小桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力. 2）在竖向下压荷载作用下,正斜桩和直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加而增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加先减小至0,再反向增大. 在竖向上拔荷载作用下,直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而减小,正斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加先减小至0,再反向增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而增大.     

考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究

温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确,其受力与变形计算方法有待深入研究。在已有试验研究的基础上,建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型,推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答,并将其与试验结果进行对比,验证了理论模型及求解方法的可行性。影响因素分析发现：考虑温度变化和冻融循环作用的p-y曲线,更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低,桩身水平位移及弯矩越小,当T＞-5℃时,桩身内力与位移受冻结温度的影响较大;而当冻结温度T≤-5℃后,基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7次时,基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加而呈非线性关系增大。桩周土体经历7次冻融循环后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%。当冻融循环次数大于7后,桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。     

考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究

温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确,其受力与变形计算方法有待深入研究。基于已有试验研究,建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型,推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答,并将其与试验结果进行对比,验证了理论模型及求解方法的可行性。通过影响因素分析发现:考虑温度变化和冻融循环作用的p-y曲线,更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低,桩身水平位移及弯矩越小,当T–5℃时,桩身内力与位移受冻结温度的影响较大;当冻结温度T≤–5℃时,基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7时,基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加呈非线性关系增大;当桩周土体经历7次冻融循环后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%;当冻融循环次数大于7时,桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。     

不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明：桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

高桩承台斜桩基础的地震反应数值分析

为揭示地震荷载作用下高桩承台斜桩基础的地震反应特性,以3种地震波(唐山波、EI波、迁安波)为例,采用三维弹塑性动力有限元技术,分析了桩身倾斜角度、自由桩长对高桩承台斜桩基础地震反应的影响规律。结果表明:各模型桩身轴力最大值均出现在冲刷线以下2.5m左右,而桩身弯矩最大值均位于承台与桩顶交界处;相同模型的左、右斜桩除竖向位移、Y方向弯矩沿桩身呈对称分布外,加速度、水平位移、轴力、总弯矩沿桩身的分布规律相同;承台高度越大,自由桩长越大,桩身轴力越大而弯矩越小;桩身倾斜度越大,其轴力与弯矩均越大,承台高度对桩身内力的影响大于桩身倾斜度;地震荷载中斜桩的加速度与位移反应降低,但轴力和弯矩增大,斜桩总弯矩主要受控于Y方向的弯矩。     

Elastoplastic solutions for single piles under combined vertical and lateral loads

In order to improve the reliability of the design and calculation of single piles under the combined vertical and lateral loads, the solutions were presented based on the subgrade reaction method, in which the ultimate soil resistance was considered and the coefficient of subgrade reaction was assumed to be a constant. The corresponding computational program was developed using FORTRAN language. A comparison between the obtained solutions and the model test results was made to show the validity of the obtained solutions. The calculation results indicate that both the maximum lateral displacement and bending moment increase with the increase of the vertical and lateral loads and the pile length above ground, while decrease as the pile stiffness, the coefficient of subgrade reaction and the yielding displacement of soil increase. It is also shown that the pile head condition controls the pile responses and the vertical load may cause the instability problem to the pile. In general, the proposed method can be employed to calculate the pile responses independent of the magnitude of the pile deflection.     

大变形条件下单桩水平承载性状分析

针对大变形条件下承受水平荷载的单桩基础,采用沿深度线性增加并能较好的反映上部土体抵抗侧向变形能力的地基反力系数,及简化的土体弹塑性本构关系,推导出桩身变形和内力的计算公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。算例表明:桩的水平位移和弯矩随水平力和力矩的增加而非线性增大;桩身位移随距离地面的距离的增加而减小,距地面的距离超过10倍桩径时桩身响应极小,可忽略不计;桩顶约束是桩身响应沿桩身分布的重要影响因素;随着桩周土体力学性质的改善,桩的最大位移和最大弯矩均明显减小。计算值与现场实测值吻合度很高,且比已有解计算结果更优,所得解及程序是可靠的。     

纵横荷载下单桩地基反力法的半解析解

为深入研究纵横荷载作用下的单桩响应,引入地基反力系数的一般形式,通过把地面以下桩身分成很多等长的小段并假定每段上桩身轴力和地基反力系数为常数,求得桩身响应的半解析解.结合已有的地面以上桩身响应的幂级数解,采用Fortran语言编制了计算程序.计算结果表明：桩的最大位移和最大弯矩随水平荷载的增加而大幅度增大;纵向荷载可以...     

既有竖向荷载对承台桩水平承载特性影响的PIV试验研究

为研究既有竖向荷载下承台桩的水平承载特性,进行了2组PIV模型试验,分析了不同竖向荷载对承台桩的水平位移量、桩身弯矩及桩周土体位移场的影响规律,研究了竖向荷载对承台桩下桩土作用的影响机理。试验结果表明：在同一水平荷载下,桩顶既有竖向荷载有利于减小桩身水平位移,削弱水平荷载引起的桩身弯矩;在水平加载过程中,桩土作用的主要区域为桩周土体的中上部区域,桩顶竖向荷载的施加会调动桩侧土体,形成更大的土体扰动区;竖向荷载引起的土体密实化效应会降低桩身的水平位移和弯矩,提高承台桩的水平承载力;同时这一密实现象也降低了桩侧土体的隆起量与塌陷面积。     

玻璃纤维增强复合桩水平承载特性试验与数值模拟

玻璃纤维增强复合材料（GFRP）具有轻质、抗拉强度高、耐腐蚀性和抗疲劳等优点,广泛应用于土木工程领域。GFRP复合桩是一种通过在普通混凝土桩身外包GFRP纤维布以增强其抗弯性能的新型桩。通过开展室内模型试验,分别得到了水平荷载下RC桩和GFRP复合桩桩顶位移、桩身弯矩的试验结果,对比分析了两者的水平承载特性。利用有限元分析软件ABAQUS对水平荷载作用下的GFRP复合桩进行数值模拟,试验结果与数值模拟结果拟合较好。结果表明：GFRP复合桩与RC桩的桩身弯矩分布规律基本一致,最大弯矩在1/4~1/3桩长处,GFRP复合桩的水平承载特性优于RC桩;不改变桩身截面,仅在一层GFRP单向布的约束下,GFRP复合桩的弹性模量、极限水平承载力均有一定的提高。     

小型预制桩基础承载特性数值模拟研究

本文建立硬化土本构模型,针对江苏省软土地区的土质条件选取数值计算参数,通过PLAXIS 2D软件对小型预制桩在的单桩水平受荷及竖向受荷进行数值模拟,得到桩身弯矩沿桩长的分布以及荷载-位移曲线,分析小型预制桩基础桩身弯矩的分布特点,并探求其在水平及竖向荷载作用下的承载特性,进而能够为小型预制桩基础工程设计以及计算方面提供一定的参考依据。     

纵横向荷载作用下桩的工作性状研究

为了了解承受纵向荷载和横向荷载共同作用的桩的工作性能，通过一系列模型桩试验，分析了水平荷载对竖向承载桩的桩顶沉降变形的影响，以及竖向荷载对横向承载桩的桩顶水平位移和桩身弯矩的影响．此外，运用三维有限元的方法，考虑了土体的非线性(Drucker-Prager模型)力学性能，以及在桩与土界面处设置接触面单元来考虑桩与土的滑移变形和开裂，对模型桩进行了模拟计算分析．试验及模拟分析均表明，竖向荷载对水平承载桩的影响较小，而水平荷载对竖向承载桩的影响是显著的．