筏板-桩-土相互作用的三维弹塑性有限元分析

通过无厚度的接触面单元模拟筏板–桩–土之间的非线性接触特性,同时采用Drucker-Prager弹塑性本构模型描述土的非线性特性,对桩筏基础进行了三维弹塑性有限元分析,得到了筏板–桩–土接触表面上法向应力和摩擦应力的分布以及桩周土体塑性变形发展情况。在此基础上,对筏形基础中筏板和桩的承载力分担比进行了分析。计算结果表明,随外荷载的增大,桩的承载力分担比增大,筏板的承载力分担比减小,但两者的变化幅度不大。     

桩筏基础桩-土相互作用的数值分析

利用ABAQUS对3D桩距和6D桩距的桩筏基础进行了三维弹塑性分析.通过无厚度的接触面单元模拟桩-土之间的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性,得到了沉降、桩土荷载分担比、板底土附加应力等变化情况,并对二者进行了对比分析.分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性.     

群桩与土和承台结构非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板—桩—土的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降,桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况,并对二者进行了对比分析。分析结果基本反映了桩—土—筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

两阶段变刚度桩筏基础工作机理研究

本文利用ABAQUS有限元软件,对天然筏板基础、常规端承型桩筏基础以及两阶段变刚度桩筏基础三种基础形式进行模拟。通过对比分析桩土荷载分担比、桩侧摩阻力以及三种基础筏板下地基土的沉降,研究三种筏板基础的工作特性,探讨并总结两阶段变刚度桩筏基础的工作机理。分析结果显示,两阶段变刚度桩筏基础工作机理介于天然筏板基础与复合桩筏基础之间,具有较明显的两阶段受力特性,能够充分发挥地基土的承载力,有效提高桩与土的共同承载能力。     

超高层筒中筒结构桩筏基础共同作用现场实测与数值分析

通过对陕西省邮政电信网管中心大楼桩筏基础的沉降观测及反力的部分现场实测结果的分析,利用大型有限元软件ANSYS ,地基土采用弹塑性本构关系,筏板采用中厚板理论,建立了超高层筒中筒结构、桩筏基础和地基土的三维有限元模型,进行了三者在竖向荷载作用下共同作用的非线性数值分析,对黄土地区超高层建筑桩筏基础的沉降、受力和桩土分担比进行了探讨。分析表明:基础沉降、桩土荷载分担比等实测结果与数值分析吻合较好,在黄土地区建设超高层建筑采用超长灌注桩对于减小基础沉降有显著效果;筒体结构对基础刚度贡献的影响范围约为8层;筏板内力分布复杂,与上部结构形式和布桩方式等因素密切相关,且筏板悬挑端部弯矩很大。     

复合桩基桩土非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS软件对常规桩筏基础(3d桩距)和复合桩基(6d桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板-桩-土的非线性接触特性,采用Mohr Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降、桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况。分析结果表明,6d桩距群桩中基桩的承载能力很快发挥到极限,后续荷载交由承台下土体承担,有更多的天然地基承载表现,6d桩距群桩的桩间土绕桩滑动的趋势较3D桩距群桩的要强。分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

桩顶与筏板多种连接构造方式工作性状对比试验研究

针对桩顶与筏板之间不同构造形式下的相互作用,对可压密土中刚性桩复合地基、常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础进行了现场模型试验,测量了筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩身轴力和桩间土反力,分析了不同荷载级别下筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比分布规律。与刚性桩复合地基和常规桩筏基础相比,对于桩顶预留净空桩筏基础工作性状,研究发现在桩顶与筏板接触前,桩顶预留净空桩筏基础工作性状与刚性桩复合地基相似;桩顶与筏板接触后,其工作性状与常规桩筏基础相似。试验条件下,桩顶与筏板之间接触、设置褥垫层、预留净空(或可压缩垫块)不同连接方式可显著影响桩间土的压缩及桩土相对滑移,对上述三者来说,桩身下部桩、土相对滑移量(桩端刺入量)依次减小。     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀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。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

位移调节器用于端承型桩筏基础的模型试验研究

位移调节器是用于调节物体支承接触点之间位移的特殊装置,可用来保证端承型桩筏基础桩–土的变形协调和共同作用。为研究端承型桩筏基础中位移调节器的设置对桩–土–筏相互作用的影响,进行了位移调节器设置前后端承型桩筏基础的室内模型对比试验。试验测量了桩身轴力、筏板沉降及桩间土反力,分析了不同荷载级别下端承型桩筏基础的荷载传递规律、整体沉降与差异沉降分布特征以及桩土荷载分担比等内容,结果表明：与常规端承型桩筏基础相比,位移调节器的设置改变了桩筏基础的荷载传递规律,顺利实现了桩土的共同作用,同时适当支承刚度的调节器可优先且充分地发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比。结论可为进一步理论研究提供试验依据。     

桩筏基础的筏板分块探讨

采用三维有限元方法,就工程中常见的桩筏基础在竖向荷载作用下桩—地基土—筏板共同作用时的特性进行探讨,重点分析筏板分块面积大小对桩土分担比、筏板内力(特指弯矩和扭矩)、最大沉降量和最大沉降差的影响,从而得出有益的结论并提出了设计建议。     

桩间距对桩筏基础结构性能影响的模型试验研究

 为研究桩间距对桩筏基础结构性能的影响,设计并进行不同桩间距的桩筏基础系列模型试验。结果表明,设置不同的桩间距可调配群桩基础中桩与筏板的分担作用,调整桩筏基础的受力性能。常规桩距桩筏基础以桩为承载主体,地基土的荷载分担次之;当桩间距大于6倍桩径后,桩较早进入塑性支承状态,地基土分担荷载能力增强,桩与筏板荷载分担的主次作用发生转换,筏板逐渐转换为基础的承载主体。随着桩间距增大,筏板内力分布由整体弯曲过渡到以局部弯曲为主。桩筏基础桩顶荷载分布规律受桩间距的影响,随着桩间距增大,桩顶荷载由角桩最大逐渐转化为中间桩最大。建议桩筏基础设计方法应考虑桩间距设置对筏板与桩土体系相对刚度、筏板内力和桩顶荷载不均匀特征的影响。     

刚性桩复合地基与复合桩基工作性状对比试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构的复合地基与复合桩基载荷试验,分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩身轴力和侧摩阻分布及桩土荷载分担比,研究了工作荷载下复合地基与复合桩基的工作性状。与复合桩基相比,得出复合地基总沉降大、差异沉降小、桩端平面以下沉降小、桩上段存在负摩阻、桩间土荷载分担比大、桩荷载分担比小的试验结果;复合地基可以更好地调动浅层地基土承载力,而复合桩基则能更好地调动深层地基土承载力,所得结论可为进一步理论研究及工程设计提供有益参考。     

极限荷载下桩筏基础共同作用性状的室内模型试验研究

利用自制模型槽,通过设计系列单桩带台与群桩的桩筏基础模型试验,研究了极限荷载下桩–筏板–地基土的应力与变形性状。试验结果表明,常规桩距桩筏基础极限荷载下表现出实体深基础性状;而大桩距桩筏基础,基桩先于板下土体达到承载力极限状态,后续荷载基本由板下土体分担,验证了塑性支承桩理论。加载过程中,桩–土的荷载分担比不断变化,6d及以上桩距时,桩达到极限荷载后即趋于稳定。利用桩的极限承载力的桩筏基础设计,应考虑极限荷载与工作荷载下桩–土荷载分担比的不同性状差别。桩间距越大,桩对土体的侧向位移的"遮帘作用"逐渐弱化,板下土体的位移特征趋于天然地基的特征,桩端平面以下土体应力受板下土体分担荷载的影响越明显,6倍桩距可视为常规桩基与复合桩基的分界点。     

分层土中桩筏基础荷载分担问题的有限元分析

采用三维有限元方法建立桩筏基础模型来考虑各种影响因素对桩土分担比的影响。地表硬壳层的存在能够有效地提高筏板的分担作用。通过对不同桩距和布桩方式桩筏基础的计算,发现当桩距径比增大时,桩间土的承载作用有显著提高,但当大于7d之后则无显著变化。此外,还研究了不同桩端土的相对刚度以及应力水平下桩筏基础共同作用性状,可供工程设计人员参考,以优化设计并满足较高的经济性。     

上部刚度影响的复合地基桩土分担特性研究

通过自编面向对象的三维有限元程序对刚性桩复合地基在考虑上部结构刚度情况下的桩土工作特性进行了数值分析.着重讨论了基础底部桩土反力和桩土应力比随上部结构刚度、筏板厚度、地基土模量、置换率和垫层厚度这些影响因素变化的情况.通过计算分析,得出上述影响因素对刚性桩复合地基的桩土分担特性都有不同程度的影响.适当的选定筏板厚度、置换率和垫层厚度,对合理发挥刚性桩复合地基的桩土分担特性起到重要的作用.得出的结论亦可以为相关工程应用提供一定的参考.     

耦合荷载作用下桩筏基础性状数值分析

采用大型通用有限元软件,模拟分析了耦合荷载作用下桩筏基础力学特性。文章结合国华通辽风电场工程实例,通过对八种分析模式的模拟,分析了上覆土层、筏板刚度、土体承载作用以及土体模量对耦合荷载作用下桩筏基础的受力特性的影响,并研究了上覆土层、筏板刚度和土体模量对桩筏基础桩土分担比的影响。最后,根据有限元分析结果提出耦合荷载作用下桩筏基础设计的优化的一些理论参考依据。     

高层建筑桩筏基础中筏板内力分析

桩筏基础是高层建筑中常见的基础形式,采用ANSYS的空间有限元程序,考虑桩土共同作用,采用复合地基弹性模量对厚筏板进行内力分析,并与实测结果作比较,并为筏板设计提出简便算法,也为下部桩基的桩土共同作用的桩土分担比提供依据。     

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。     

用于调整差异沉降的预留净空桩筏基础模型试验研究

预留净空桩筏基础是一种新的利用桩土相互作用的形式,可用于调整建筑物筏板–桩–土相互作用和减少差异沉降。进行了砂土中常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础的模型试验研究。分析表明:在相同荷载作用下,在试验条件下,相对于常规桩筏基础来说,预留净空桩筏基础的实质作用在于可使桩间土压缩提前发生,显著提高桩间土分担荷载的比例,在可压密土中可强化桩土相互作用,桩端刺入量显著下降,使得桩土更趋于整体沉降。预留净空桩筏基础可有效利用土的承载力,减小桩顶应力过分集中,且对桩端阻力有显著的强化作用。     

桩筏基础承载能力分析及模型试验设计

分析了考虑桩土相互作用时承载力的确定方法，设计了一个模型试验来研究桩筏基础的承载力，并根据试验结果分析了桩土相互作用的特性，对桩筏基础的全面认识和研究具有重要意义。