三参数Pasternak黏弹性地基中锥形桩的横向自由振动特性研究EI北大核心CSCD

研究了初始轴向压力作用下三参数Pasternak黏弹性地基中圆截面锥形桩的横向自由振动特性。将桩体简化为竖向线弹性Timoshenko锥形梁-柱,考虑桩-土界面摩擦力及桩周土地基参数沿桩身纵向变化,建立锥形桩-土体系动力学模型的控制方程;通过分离变量、无量纲化与微分求积法的数值模拟,将该方程的求解转化为变系数的一般线性代数方程组的一次特征值问题,进而采用QR法求解获得各阶特征值及其特征向量。探讨了相应边界条件下桩身锥角、桩顶轴向荷载、桩长径比、桩侧摩阻力与桩周土地基参数及其沿桩身线性变化情况等对桩横向自由振动基频及其衰减系数的影响。结果表明:锥形桩的固有频率及其衰减系数随锥角的增加而降低,且锥角越大,临界阻尼越小,锥角与地基阻尼有明显的耦合效应;桩侧摩阻力与桩周土地基参数沿桩身纵向的不均匀分布对其基频的影响不可忽略。     

考虑附加抗力影响的单桩水平受力分析方法

单桩基础受水平荷载作用时,桩身截面转动引起的竖向摩阻力形成土对桩的附加抗力矩,同时桩端土对桩也有一定的附加抗力效应。为了研究桩身和桩端附加抗力对单桩水平承载特性的影响,该文基于API规范推荐的砂土摩阻力模型,结合桩身径向土压力引起的极限摩阻力增强效应,推导出砂土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解;采用API规范推荐的黏性土摩阻力模型,推导出黏性土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解。基于双曲线桩端竖向应力-位移模型,在考虑桩端桩-土界面脱开效应的基础上,得到了桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解,桩端水平剪力的离散数值解;进而提出基于Winkler地基梁模型的有限元计算方法,并编制了程序。通过对比试验数据,初步验证了该文方法的正确性,进行了水平承载力的参数分析,结果表明:随着长径比的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比逐渐减小;而随着桩直径的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比并未显著变化。     

竖向力-温度荷载-扭矩加载路径下单桩承载变形研究

正常服役过程能量桩受复杂的力学行为，目前针对多向荷载作用下能量桩的承载变形特性研究相对较少。为探讨能量桩在竖向力、温度荷载和扭矩共同作用下的承载特性，依次施加桩顶竖向力、温度荷载和桩顶扭矩，通过考虑温度荷载对桩侧摩阻力及边界条件的影响，基于荷载传递法及边界元法构建了桩身位移控制方程，提出竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下的能量桩承载变形特性的分析方法，通过与已有试验和ABAQUS有限元结果进行对比，均具有比较好的吻合度。研究表明，温度荷载会改变单桩的荷载传递特征，影响桩身轴力和桩侧摩阻力分布。竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下，温度变化引起的附加荷载会导致单桩抗扭承载力降低。进一步的参数分析表明，增大竖向荷载会使桩侧极限环向摩阻力减小，导致能量桩单桩抗扭能力降低26.2%(75%P_u,P_u为竖向极限荷载)；随着长径比的增加，桩身承载力逐渐增大，可选取合适的长径比抵消温度荷载带来的影响；随着温度增量的增大，桩身变形量逐渐增大，其中桩身0.6L以上部分变形较大，因此作为能量桩使用的工程桩基需要对地基上部进行加固。     

考虑实际分布形式的水平受荷桩桩周土抗力分析方法

p-y曲线法被广泛应用于水平受荷桩荷载位移响应的分析中,但该方法无法准确地反映出桩周土抗力的实际分布形式。鉴于此,该文考虑了桩-土实际相互作用,假定随着径向位移的增加,桩的被动侧径向土压力呈双曲线形式增大,主动侧径向土压力呈线性减小,从而建立了桩周径向土压力与径向位移的关系;在此基础上,对摩阻力的初始刚度进行修正,引入双曲线荷载传递模型求解了桩周环向摩阻力;最后提出了考虑实际分布形式的桩周土抗力分析方法,并通过2个算例验证了正确性。通过参数分析表明:径向土压力和环向摩阻力对土抗力的贡献程度与水平位移有关;极限状态下,传统的桩侧环向摩阻力水平分量不均匀分布的形状系数偏大,该文给出了建议的取值;对径向土压力水平分量和环向摩阻力水平分量进行归一化分析,得到了拟合曲线公式,可为后续分析提供参考。     

反拱曲面X形异形桩产生附加应力计算方法研究

X形桩是一种具有反拱曲面的新型异形桩,该文以半无限体内受竖向集中力作用的Mindlin应力解为依据,通过沿X形桩桩周8个积分区间线积分,再沿桩长进行积分,得到了X形桩侧摩阻力沿桩身线性增长、沿桩周均匀分布、沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力产生竖向附加应力系数的数值计算方法。通过沿X形桩截面3个积分区间面积积分,得到了X形桩均布端阻力在地基内产生竖向附加应力系数的数值计算方法。X形桩侧摩阻力和端阻力产生附加应力系数均随着外包方形截面边长和开弧间距增大而减小,随弧度数增大而增大。同周长X形桩侧摩阻力产生附加应力系数大于圆形桩,周长越大差别越大;同面积X形桩端阻力产生附加应力系数小于圆形桩,面积越大差别越大。     

考虑侧阻与端阻影响的基桩水平承载力传递矩阵解

为研究桩侧竖向摩阻力、桩端竖向阻力及水平剪应力对基桩水平承载特性的影响,该文首先根据桩侧摩阻力三折线t-s曲线推导得出了附加弯矩-转角本构模型线性解析表达式。随后在四弹簧模型基础上结合该文所提出的桩侧、桩端附加弯矩以及桩端水平剪力本构关系进而建立桩身受力微分方程,并采用Laplace变换解得桩身弹性、塑性段的传递矩阵系数解析解。最后在给出的迭代求解方法基础上进而求得考虑侧阻与端阻影响的基桩水平承载力响应解。通过两组案例对比分析不但验证了该文推导的正确性,也证明了该文所提出的桩侧、桩端附加弯矩以及桩端水平剪力本构模型的合理性;同时结果也表明当地基土体较好、桩径较大时桩侧附加弯矩M_s、桩端附加弯矩Mb和剪力Fb对水平承载特性影响不可忽略。     

Gibson地基中V-T联合受荷桩承载力分析

为探讨桩顶竖向力(V)和扭矩(T)共同作用时的桩身受力特性,于桩顶先作用V后施加T,视桩周土为Gibson地基,并考虑桩-土接触面上的位移非协调性,基于剪切位移法和桩身荷载传递函数建立出桩身位移控制方程,引入力和位移边界条件后,推导出桩周土处于不同受力阶段时的桩身内力位移解析解,由此求得不同V-T组合作用下的桩身承载力,进而获得桩身承载力包络图。进一步的参数分析表明,对于V-T联合受荷桩:保持桩身长径比m0不变,桩身承载力随桩长L的增加而变大,而L不变时,桩身承载力随m0增加而增加;随桩土刚度比λ、桩侧土体剪切模量和极限摩阻力分布常数比值n的增大,桩身承载力逐渐减小;随桩顶扭矩的增加,桩顶所能承受的竖向力不断减小,且减幅先快后慢,最终趋于零。     

单桩在压与拔荷载下桩侧摩阻力的有限元计算研究

通过有限元分析,对垂直受力桩在桩顶压、桩顶拔及桩底托等加载方式下的桩侧摩阻力进行了探讨研究。重点研究在不同加载条件下,桩侧摩阻力影响因素。研究结果表明：桩周土应力路径、主应力方向的旋转、桩身本身的压缩和伸长、桩径的膨胀和收缩是不同加载方式下桩侧摩阻力发展和分布有所差异的主要影响因素。     

考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性

该文研究考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构和桩周土的成层性,将桩-土系统沿纵向划分为若干微元段,采用Voigt体模型模拟桩周土对楔形管桩桩段的竖向支承作用;基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程并求解,得到桩-土之间的侧摩阻力;然后,基于Rayleigh-Love杆模型建立桩的纵向振动控制方程以考虑其横向惯性效应,求解桩的振动控制方程并结合Laplace变换和阻抗函数递推,得到考虑桩周土竖向支承作用的桩顶复阻抗和速度导纳解析解,进一步地,通过卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;最后,通过与已有解的对比验证了该文解的合理性,并通过参数分析的方法研究了桩身横向惯性效应、桩周土竖向支承作用及桩身参数对桩顶动力特性的影响。     

考虑膨胀土地基膨胀率和刚度沿深度变化的桩-土共同作用解析解

膨胀土地基中,土的膨胀率和刚度沿深度变化明显:较深位置的膨胀土应力水平较高,一方面遇水的膨胀率较小,另一方面土的刚度较大。该文基于桩-土相互作用机理,利用荷载传递法推导了考虑膨胀土沿深度膨胀率减小、刚度增加的单桩理论求解方程,并得到了级数形式的解析解。理论解与现场和模型试验数据符合较好,尤其是轴力沿桩身发展的模式。之后该文在膨胀土层的平均膨胀率和平均模量不变的前提下,分析了不同膨胀位移分布模式和刚度分布模式对桩受力和变形的影响,发现若按传统的土沿深度膨胀率和刚度为常值计算,将过高地估计单桩的轴力和位移。利用此解析解还讨论了膨胀土中桩的临界压重。     

基于圆孔扩张理论的桩基水平承载力计算方法

近年来,我国城市的基础设施建设规模不断扩大,桩基础是基础设施建设中常用的基础形式,其水平承载特性的分析计算是桩基设计中的重要问题.基于Vesic圆孔扩张理论,分析了水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,推导了基于应力增量的桩侧土抗力的计算公式,进而提出了考虑摩擦效应的桩土相互作用的计算方法;并基于MATLAB编写了相应...     

非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究

该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明:在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。     

DX桩的施工特点及其效果

DX桩作为一种新型的变截面桩型具有施工简单、方便、快捷等优点。施工时,只须在钻（冲）成孔后,增加一道旋挖挤扩成盘的工序,就能形成由桩身、承力盘、桩端共同受力的形式。DX桩不但具有较高的承载力,还能很好地控制桩基的沉降变形。某高速公路桥梁桩基的静载荷试验表明,DX桩的承载力是同尺寸直孔桩的2倍多,而DX桩沉降则不到直孔桩的一半;同时,试验中DX桩锚桩的上拔量不足1 mm,在抗拔性能方面,DX桩也有很大的优越性。     

考虑P-Δ效应的承重阻滑桩有限差分解

承重阻滑桩既需承受来自上部轴向与水平向的荷载作用,又要抵抗桩侧滑坡推力,具有承重与阻滑双重功能,其受力性状远比抗滑桩和平地上倾斜受荷桩复杂得多。综合考虑滑坡推力、地基系数、桩身侧摩阻力、桩身自重等影响因素,引入桩顶荷载对承重阻滑桩内力、位移的影响(P-?效应),推导得出不同特征桩段的微分方程,进而提出适用于承重阻滑桩内力及位移分析的有限差分解,并结合室内模型试验实测数据进行了分析比较,结果表明采用有限差分法分析承重阻滑桩内力及位移是可行的。     

按桩顶沉降量控制超长灌注桩竖向承载力研究

采用桩端阻三折线、桩侧阻双折线荷载传递模型,对基桩竖向承载力进行深入分析,提出了按桩顶沉降量控制大直径超长灌注桩基桩竖向承载力的设想,并导得了多层地基中桩周桩端土层处于各种不同状态下的竖向承载力解析解。该解答不仅能考虑桩周土的分层,还能考虑桩端土体的非线性及沉渣的影响。最后,采用本文方法对两根试桩的实测荷载-沉降曲线进行了比较分析,结果表明二者基本吻合,计算方法可供工程实践参考。     

抗拔螺旋桩叶片与地基相互作用试验研究

复杂的桩体表面几何形状对螺旋桩的桩土相互作用影响显著,该问题研究有助于揭示抗拔螺旋桩的工作机理。基于深基础承载力理论对螺旋桩基础的抗拔承载性状分析,提出了修正的叶片距宽比参数(叶片间距与叶片净半径的比),通过12次具有3种叶片距宽比的螺旋桩基础抗拔模型试验,实测了加载过程中螺旋桩基础的地基应力,研究了叶片与地基间的荷载传递规律和影响因素。试验表明:叶片距宽比小于5时,各层叶片的应力扩散作用较弱;在叶片距宽比小于3时,叶片与地基的荷载传递可认为是沿着叶片外径发生;叶片距宽比为5时,抗拔螺旋桩基础的桩土相互作用较强,首层叶片上部地基出现滑裂破坏。     

DX桩单桩抗拔计算公式探讨

DX桩在承受上拔荷载时,桩土间的相互作用除了桩侧的摩擦阻力外,还有承力盘提供的抗拔阻力,对于桩身的抗拔摩擦阻力的研究有不少成果,但要研究DX桩的抗拔承载力,关键问题在于解决支盘的抗拔阻力计算问题。文章通过对DX桩作为抗拔桩的某工程实例进行分析,运用不同的计算方法对DX抗拔桩的承载力进行计算并与工程实测值进行对比,对不同计算方法进行了讨论研究,并试着探求一种新的计算方法。     

上海标准推荐的预制桩极限承载力分项系数研究

提出了获得上海市标准预制桩推荐表格统计特性的一种新方法,在运用该方法求得桩侧摩阻力和桩端阻力统计特性后,利用可靠度理论对上海地区31个场地进行了计算,并对计算结果进行统计分析,得到了可靠度指标的统计特性。在此基础上,按完全可靠性分析方法,求出了上海地区由标准推荐公式确定单桩竖向抗压承载力的分层桩侧摩阻力分项系数和桩端阻力分项系数,并对上海地区31个场地在利用分项系数设计方法的基础上反算了安全系数,结果说明所研究方法可作为规范过渡时的参考。