静钻根植竹节桩抗压与抗拔承载特性分析

静钻根植竹节桩是利用静钻根植工法将预制竹节管桩插入到水泥土中而形成的管桩-水泥土组合桩基。采用有限元软件ABAQUS建立现场抗压试桩与抗拔试桩的分析模型,计算得到的荷载-位移曲线与现场静载试验结果吻合,验证了模型的可靠性,采用数值计算方法,分析了竹节桩的抗压与抗拔承载特性。研究结果表明:软土地区,静钻根植竹节桩的抗压承载性能优于抗拔承载性能;桩身竹节可以使竹节桩与水泥土紧密结合,竹节不直接与土接触分担上部荷载;桩身非扩径段水泥土在荷载作用下只起到传递剪应力的作用,不分担上部荷载;桩顶位移60 mm时,管桩承担抗压桩总端阻的25.8%,承担抗拔桩总端阻的16.6%,均小于水泥土扩大头分担的端阻;竹节桩长度比R_N从0增大到0.375时,抗压桩极限承载力从3 045 kN增大到6 173 kN,抗拔桩极限承载力从1 910 kN增大到2 441 kN;竹节桩长度比从0增大到0.375时,抗压桩与抗拔桩桩端水泥土扩径段承担的荷载也明显增大;当竹节桩长度比从0.375增大到0.625时,静钻根植竹节桩的极限承载力、总侧摩阻力、管桩分担端阻和水泥土分担端阻改善效果不明显。     

预应力混凝土竹节桩在杭州地区抗拔工程中的应用分析

介绍了一种预应力混凝土异型桩,即预应力混凝土竹节桩。分别从外形、接桩方式、桩顶与承台的连接方式阐述了竹节桩与管桩的主要差异;并通过杭州地区抗拔工程中竹节桩与管桩的抗拔试验,对它们竖向抗拔极限承载力进行了对比研究。试验表明:竹节桩总体抗拔性能优于管桩,其竖向抗拔极限承载力相比管桩平均提高了约52%;且在相同荷载作用下,上拔位移不大于管桩;竹节桩在该区域抗拔工程中的应用,取得了良好的效果。     

水平荷载下劲性复合管桩的承载特性研究

在水泥土搅拌桩中插入预制混凝土管桩(PHC管桩),形成一种新的劲性复合桩(SCP桩).为分析SCP桩的水平承载特性,采用混凝土塑性损伤模型,利用ABAQUS软件建立了SCP桩-土共同作用三维数值分析模型.对比分析SCP桩和PHC管桩在水平荷载作用下的荷载-位移曲线、桩身位移与弯矩、桩侧土水平抗力等,得到桩周水泥土桩加固对PHC管桩水平承载特性的影响,研究了水泥土桩设计参数对SCP桩水平承载特性的影响规律.结果表明:水泥土桩加固后,PHC管桩的水平极限承载力提高了40%,桩身最大弯矩减少20%;当水平荷载介于50~150kN时,桩头位移减小30%~67%;增大水泥土桩桩径和提高水泥土强度可显著增强SCP桩水平承载力;当水泥土桩桩长超过4.0m后,继续增加桩长对SCP桩水平承载力提高效应不大.     

混凝土填芯管桩水平承载性状影响的试验研究

针对通过加大桩径,提高桩周上部土体的硬度,提高桩身混凝土强度等方法来提高管桩的水平承载能力,会大大提高工程成本的问题。研究采用不同强度混凝土填芯及填芯截面来提高管桩水平承载性能。研究结果表明:混凝土填芯可提高管桩水平承载能力,填芯强度越高,管桩水平荷载作用下桩顶位移呈降低趋势,管桩水平承载力特征值呈增高趋势。     

南京砂性土地区预制管桩抗拔承载特性试验研究

为研究南京地区砂性土中预制管桩抗拔承载特性,基于8根抗拔管桩的现场单桩破坏性静载试验,对比分析采用JGJ94—2008规范公式、倒圆锥台破坏模型、复合剪切破坏面模型和圆柱形破坏模型等4种方法计算得的预制管桩抗拔承载力与实测承载力的关系;同时分别采用双曲线函数、指数函数及幂函数对所有试桩的荷载-位移曲线进行拟合分析。结果表明:采用JGJ94—2008规范公式计算所得的抗拔承载力明显小于实测值,而倒圆锥台破坏模型计算值又明显大于实测值,圆柱形破坏模型计算值接近实测值;指数函数拟合曲线与实测荷载-位移曲线吻合度较高,拟合效果较好。     

变截面管桩水平承载性状模型试验研究

在室内基坑中对1根等截面管桩和2根变截面管桩进行单桩水平静载荷模型试验,对比研究两类管桩单桩水平承载性能方面的差异。试验结果表明:等截面模型管桩与变径比为0.57与0.71的变截面模型管桩的单桩水平的临界荷载依次为1.2,1.6,1.2 kN;单位体积水平承载力特征值依次为95,147,115 kN/m3。变径比为0.57与0.71的变截面管桩的单位水平承载能力比等截面管桩分别提高了55.1%和21.6%;变截面管桩变径比越小,单位水平承载能力越大;材料的利用率也越高。     

扩大支盘加筋水泥土桩抗拔承载性能模型试验研究

通过室内模型试验,研究扩大支盘加筋水泥土桩的抗拔承载性能。建立桩在上拔作用下的力学分析模型。采用上述模型对上拔力作用下结构的受力性能进行了参数分析,对支盘所处桩身位置、桩身支盘数量、桩身材料对桩的抗拔承载性能的影响进行了分析,研究各因素对支盘桩的承载力发挥效果的影响,分析各因素对桩的桩顶位移和内力的影响规律。     

填芯管桩在基坑支护工程中水平承载性状分析

为研究混凝土管桩在基坑支护中的承载性能,通过对2组不同内径的6根混凝土管桩进行填芯或不填芯处理,并进行室内水平承载性能模型试验,分析基坑开挖后混凝土管桩在不同内径和相同内径条件下不同填芯强度对混凝土管桩的水平承载性能的影响。试验结果表明:通过填芯可以有效提高混凝土管桩的基坑支护性能,且外径相同的条件下,内径越大桩身受基坑开挖影响越大;通过填芯加固处理可以有效提升管桩支护的安全性。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

扩大支盘桩群桩抗拔特性的有限元分析

桩基础在工程建设中得到了广泛应用,从安全性上考虑,对群桩抗拔承载力的研究尤为重要.根据Plaxis3D Foundation模拟结果,分析了在上拔荷载作用下桩数、桩距及桩长对群桩上拔位移的影响.模拟结果表明,桩长对群桩效应系数几乎没有影响;桩距越小,桩间土体的位移越大;桩数、桩间距是影响群桩抗拔承载力的主要因素.     

能源载体条件下静钻根植桩承载特性

为了研究温度荷载影响下静钻根植桩的承载特性,通过室内试验测得温度在混凝土-土界面上的传导特性及对界面接触摩阻力的影响. 测试结果表明,接触压力对温度传导无明显影响,温度对混凝土-土接触面上摩阻力无明显影响. 根据试验测试结果,采用顺序热力耦合分析方法,建立考虑温度荷载影响的静钻根植桩受力分析有限元模型. 计算结果表明,制热及降温过程对静钻根植桩承载特性的影响受桩顶荷载的影响较大. 温度荷载引起的预制桩桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶、桩端位移、水泥土竖向应力的变化均与桩顶荷载相关,制热与降温过程引起的静钻根植桩承载特性变化有较大差异.     

锈蚀损伤混凝土管桩水平承载性状时变分析

为研究锈蚀损伤混凝土管桩的水平承载性状,依据Fick第二定律,建立了氯离子在混凝土管桩中的扩散方程,并结合初始和边界条件,得到扩散方程的解析解.依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土管桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度.基于Faraday定律,对钢筋混凝土管桩保护层锈胀开裂时间进行了预测.并在此基础上,通过引入桩身抗弯刚度折减系数对海洋环境下锈蚀损伤钢筋混凝土管桩的桩身抗弯刚度的衰减规律进行了探讨,进而对海洋环境下锈蚀损伤钢筋混凝土管桩的水平承载性状的时变特性进行了分析.结果表明:海洋环境中氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀对钢筋混凝土管桩的水平承载性状有明显影响.随着暴露时间的延长,桩身抗弯刚度呈非线性衰减,桩身水平位移和桩身负剪力最大值逐渐增大,桩身弯矩逐渐减小.     

描述PHC桩抗拔荷载-位移曲线的Weibull数学模型

为加深对PHC桩的认识和推广它的应用,基于3个场地中共11根现场试验PHC抗拔桩的实侧资料的优化拟合,对PHC桩的一些抗拔性状进行了研究。针对抗拔PHC桩的承载特性,选用了Weibull 数学模型描述PHC抗拔桩的上拔荷载-上拔位移曲线,对11根现场试验桩的拟合表明,Weibull 模型的拟合精度高,相关系数 为0.98877~0.99963,平均0.99782;该模型对抗拔PHC桩的拟合效果比指数模型、双曲线模型的都要好;基于该数学模型的PHC桩上拔荷载的计算值与实测值的误差一般为 ;基于Weibull 模型的拟合曲线,某两工程中PHC桩上拔荷载达到极限状态时的上拔位移量一般在5mm~17mm之间;基于Weibull 模型的拟合结果,对PHC桩抗拔荷载与抗压荷载、PHC桩与钢管桩进行了比较。结果表明,本文选用的Weibull 数学模型针对抗拔PHC桩上拔荷载-上拔位移曲线的拟合是较为精确的和可靠的,PHC桩是一种较为优越的桩型。     

全螺旋预制桩抗拔承载特性的数值分析

对全螺旋预制桩的抗拔承载机制进行了ABAQUS有限元数值模拟,分析了不同距径比S/D的单桩极限承载力和桩身轴力分布,对抗拔过程中土体塑性变形趋势进行了讨论。结果表明:荷载-位移曲线模拟值与实测值基本吻合,证明了模型建立的正确性;塑性区域主要集中在螺旋叶片上部并向四周扩展,最终在相邻叶片间形成连续贯通的塑性破坏面;土体镶嵌在螺旋叶片中产生的嵌合力改变了桩的作用方式,使桩身轴力随深度变化的非线性趋势不明显;极限承载力随S/D的增大而先增大后减小,当S/D取2.5时为最优距径比,抗拔极限承载力达到最大值。     

预制混凝土螺旋桩体抗扭性能数值模拟

目的 为了提高预制混凝土螺旋桩的抗扭能力,对预制混凝土桩体的开裂扭矩、极限扭矩、扭转变形等抗扭性能进行数值模拟.方法 采用有限单元法(FEM)对预制混凝土桩体抗扭性能进行了计算,并与试验结果进行了对比.最后通过数值正交试验研究了混凝土强度等级、预应力度、螺旋箍筋螺距、保护层厚度和螺旋箍筋直径5个参数对预制混凝土桩体抗扭性能的影响.结果 得到了各种桩型的开裂扭矩、极限扭矩、扭矩-扭率曲线及各影响参数对预制混凝土桩体的开裂扭矩和极限扭矩的影响曲线.结论 得出了计算预制混凝土桩体抗扭性能的合理有限元模型,并确定了预制混凝土螺旋桩的合理桩型及合理设计参数,为预制混凝土螺旋桩的施工与设计提供了有利数据.     

预应力空心方桩与管桩的对比分析

介绍了预应力离心混凝土空心方桩与预应力高强混凝土管桩的差异,并分析了截面积、壁厚、保护层厚度、有效承载面积对桩的轴向承载力、抗弯性能、抗剪强度和抗震性能的影响,指出在截面积、壁厚(最薄处)、保护层厚度等条件完全相同的情况下,管桩的各项性能显著优于方桩,预应力离心混凝土空心方桩仅仅是一种浪费资源的形状创意.     

黄土地区扩底抗拔桩单桩承载性能探究

为研究扩底抗拔桩的抗拔极限承载力及桩身尺寸对承载力的影响,结合已有文献资料,对抗拔桩的荷载-沉降曲线进行分析判断,并结合规范及经验公式(初始直线斜率法、L1-L2法)对数据进行对比分析,并研究其变形规律:首先得出规范法计算粉质黄土地区抗拔桩极限承载力中桩身周长取值范围,验证了经验公式在实际工程中的实用性;其次,对不同桩长扩底桩的承载力进行研究,在一定范围内发现随着扩底抗拔桩桩长增加,其承载力也相应增加,6号桩长是7号桩长的1.45倍,但6号桩承载力较7号桩提高了2倍;最后利用Midas软件对单桩抗拔性能进行数值模拟分析,验证了数值模拟对桩基抗拔承载性能预测的可行性,为更好地研究抗拔桩提供了一些有效的方法。     

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.     

机械连接竹节桩竖向承载力分析

介绍了机械连接竹节桩结构构造特点、机械连接方式及桩身与承台的连接方式。对比分析机械连接竹节桩和普通预应力管桩的抗压和抗拔承载力,通过现场的静载荷试验所得的荷载-沉降曲线,可以看出机械连接竹节桩的抗压和抗拔承载力相较于普通预应力管桩均有提高,其中抗拔承载力提高更为明显。对比同种桩型不同桩长的竹节桩的抗拔承载力,分析桩长对于抗拔承载力的影响。     

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。