超大直径单桩埋深对桩身变形的影响研究

我国近海风电场建设多采用超大直径单桩基础,其在风、浪等水平荷载作用下产生较大侧向变形。为了研究桩基埋深对桩身变形的影响,按照1∶100的比例将原型缩小后,利用室内模型试验和有限元软件对此进行分析。结果表明:桩基埋深对桩身变形有较大影响。桩基埋深较浅时,表现出刚性桩特性,增加埋深可减小桩身变形,但桩基埋深达到7倍桩径后,继续增加埋深对桩身变形影响很小,据此认为桩基埋深达到临界深度,建议实际工程中单桩基础的埋深不要超过7倍的桩径。     

水平循环荷载下砂土中斜单桩累积变形特性

研究斜单桩在风、浪、洋流等循环荷载作用下的累积特性. 通过用户开发子程序将砂土刚度衰减模型嵌入桩-土体系有限元模型中,实现了单桩循环受荷特性的数值分析,研究不同循环幅值及循环次数下斜单桩的变形累积规律. 研究结果表明,当桩身倾斜角由?25°逐渐过渡到25°时,在相同的静力荷载作用下,斜单桩桩顶位移及桩身相同位置处弯矩会不断增加,但在循环荷载作用下,桩顶位移与桩身最大弯矩的累积速度会逐渐下降. 当循环荷载幅值较大时,负斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均小于竖直桩,正斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均最大. 基于数值计算结果,对不同循环幅值和循环次数下的斜单桩桩顶累积位移和桩身最大弯矩进行拟合分析,提出适用于斜单桩的累积变形特性预测方法.     

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数. 根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程. 考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法. 通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性. 分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律. 减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.     

PHC管桩抗震性能试验研究

通过对5根PHC管桩进行低周往复加载,分析其受力状态、破坏形态、承载力、滞回曲线、延性等抗震性能指标,研究桩径、有效预应力及配置非预应力筋对PHC管桩抗震性能的影响.结果表明:PHC管桩的抗震性能随着桩径的增加而降低;随着桩身有效预应力的提高,试件破坏的脆性特征及刚度退化现象减弱,抗震性能有所改善;而配置一定数量的非预应力筋可使其抗震性能得到明显改善.     

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。     

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。     

型钢-混凝土后锚固节点抗震性能试验研究

进行了四个型钢与混凝土后锚固连接节点的低周反复加载试验,采用化学植筋式连接方式.试件破坏前钢筋均达到屈服,仅钢筋周围的混凝土发生局部破坏,可判断为钢材破坏.随着埋深的增加,试件的屈服荷载和峰值荷载均有不同程度的提高.滞回曲线、刚度退化曲线、延性及耗能等抗震指标均显示该类节点具有较好的抗震性能,达到峰值荷载后承载力无明显降低,仍能以自身的变形能力吸收地震能力,增加埋深和植筋数量有助于提高节点的抗震性能.     

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.     

ECC混凝土桩板墙支挡边坡抗震性能振动台模型试验研究

在强震作用下，传统桩板墙支护结构易出现不可恢复的损伤和变形，工程水泥基复合材料（ECC）具有较高的抗拉强度和拉应变硬化特性，在约束裂缝开展、抗弯承载力及耗能能力上优于普通钢筋混凝土，但ECC桩板墙支护结构的抗震性能尚不明确。由此，开展ECC桩板墙支护结构（ECC桩板）和普通钢筋混凝土浇筑的桩板墙支护结构（RC桩板）振动台试验，对比其动力响应和破坏特性。结果表明：ECC桩板的抗震性能优于RC桩板；在相同的地震动作用下，ECC桩板支护下边坡的动力响应小于RC桩板支护时，在更高强度的地震动作用下，相同材料强度的ECC桩板可保证边坡稳定性；在动力作用下，ECC桩板和RC桩板表现出较明显的弹性和弹塑性，在输入地震动较小时，两种支护结构的动力响应较为一致；当输入地震动峰值较大时，ECC桩板支护下边坡的加速度放大系数为RC桩板支护下的0.77~0.9倍，ECC桩板和RC桩板的桩背动土压力分布都表现为“双峰型”，RC桩背动土压力峰值为ECC桩背的5倍左右；两种支护结构的桩顶残余位移与震级呈指数关系，RC桩板的桩顶残余位移为ECC桩板的2倍。破坏阶段，ECC桩板仅在嵌固端面出现多条细微裂缝，RC桩板出现抗弯破坏特征，钢筋和混凝土相对滑移明显，位移不可控。     

水平受荷桩桩周土体应变范围研究

为明确土体应变范围,通过三维物理模拟加载系统开展4组不同桩基埋深下的单桩水平静载试验,通过桩前土压力数据引入最大应变截面积S0和最远应变距离L两个参数,并以此为基础,在已有应变楔形模型上,通过公式推算,得出桩周土体应变范围随水平荷载和桩基埋深的变化情况。通过试验获得桩顶位移-荷载曲线图和桩顶位移-埋深曲线图,通过理论计算可知,桩周土体应变范围和最远应变距离随水平荷载增大呈类S型函数非线性增大,随桩基埋深增大呈类指数型函数非线性减小,应变范围和L随荷载等级及桩基埋深变化呈现良好的协同性。当桩土应力应变过程进入塑性阶段或桩基埋深增大到一定程度后,土体应变范围逐渐趋于平稳。提出了L与桩基埋深的函数关系,可为桩基布设位置的选取提供一定参考。     

人工挖孔抗滑桩护壁与桩身结构相互作用模型试验

为研究护壁结构对抗滑桩水平承载力的贡献,以某人工挖孔抗滑桩工程为背景,依据相似理论设计了1∶10的分段式护壁结构、整体式桩身结构模型,并通过2个MTS作动器分别同时施加水平位移荷载于条件完全相同的有护壁桩和无护壁桩桩顶,开展室内物理模型试验研究.结果表明:相同桩顶水平位移条件下,有护壁桩桩端土压力要大于无护壁桩桩端土压力,顶部桩前被动土压力要小于无护壁桩,加固柔性桩上部被动区土能更有效提高其水平承载能力.相同桩顶水平位移下,有护壁桩桩身受拉钢筋最大应变始终大于无护壁桩;随着桩顶水平位移的增加,桩身受拉钢筋最大应变截面逐渐下移,但有护壁桩下移滞后于无护壁桩;随着水平荷载的增加,有护壁桩桩身受拉钢筋最大应变增大比例先增加后减小,当桩顶水平位移为30 mm时达到最大,增大比例为165.03％,当桩顶水平位移为90mm时达到最小,增大比例为20.23％.若以桩顶水平位移为桩的水平承载力控制标准,试验护壁提高桩身水平承载力达20％以上,工程实践中可参考所提公式和折减系数来计算护壁对桩身水平承载力的贡献.     

考虑剪切变形影响的桩基m法计算理论

考虑桩基的剪切变形影响,利用单广义位移深梁理论,建立了桩基m法的计算方法,导出了水平位移、转角、弯矩和剪力的初参数表达式和无量纲参数函数的统一表达式,根据桩底边界条件建立了初参数解的计算公式;给出了无量纲参数函数随换算深度和弯剪刚度比的变化图形。研究表明,换算深度小于3.0时,弯剪刚度比对无量纲参数函数影响较小,换算深度大于4.0时,弯剪刚度比对无量纲参数函数影响的趋势非常明显,桩基剪切变形的影响程度与桩的边界条件有关。算例结果表明,桩身的剪切变形有增大桩顶水平位移、提高弯矩零点位置、改变弯矩分布特征、扩大桩侧土压力大小等影响。     

砂土中倾斜螺旋桩水平承载性能有限元分析

受限于锚-土间相互作用的复杂性,当前倾斜螺旋桩水平承载特性的相关研究仍不能满足相关工程要求.基于螺旋桩竖直单桩水平承载试验,并通过非线性有限元软件ABAQUS研究了倾斜单桩在水平荷载作用下的承载性能,具体分析了不同倾斜角度对承载特性的影响,主要研究结果如下:(1)在水平荷载作用下,倾斜角度不超过45°,螺旋桩由水平极限...     

钙质砂中单桩水平承载特性模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性,分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响,并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较。试验结果表明：桩长对水平承载特性具有显著影响;增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力,桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形;弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中在桩身上半部分;桩侧土压力主要分布在迎土侧的上部土层中,土体压力随着水平荷载的增加而发生明显变化;在低应力水平下,钙质砂中单桩水平承载力要大于标准砂中桩基承载力,钙质砂在较高应力水平下的模型试验有待进一步探究。     

预应力钢绞线超高强混凝土H型桩弯剪性能试验研究

为了解决河道护岸和基坑围护工程中普通预应力混凝土管桩水平承载力低及变形延性差的问题,研发了预应力钢绞线超高强混凝土H型桩. 通过对2种规格的8根H型桩试件进行足尺抗弯及抗剪性能试验,研究H型桩的抗裂性能、抗弯（剪）承载力、变形延性及破坏特征. 结果表明：预应力钢绞线超高强混凝土H型桩抗弯破坏模式为受压区混凝土压溃,抗剪破坏模式为斜截面剪压破坏;抗弯试验桩身竖向裂缝较多且分布均匀,抗剪试验桩身裂缝较少且斜裂缝出现滞后于竖向裂缝;试件抗裂弯矩和开裂剪力试验值与规范公式计算值相近,极限抗弯承载力较计算值偏大约30%. 对比预应力超高强混凝土管桩抗弯试验结果表明,H型桩具有更好的变形延性和整体性.     

基于数值试验的嵌岩桩横向承载力研究

采用有限元法对横向受荷嵌岩桩的现场试验加荷过程进行数值试验,获得和现场试验的加载范围内结果一致的荷载－位移曲线,验证了数值模型的合理性。并采用数值模型开展数值试验加载直至破坏,从而获得完整的荷载－位移曲线。基于已有的地基反力模量Ki 的解答方法,对现场试验数据进行回归分析,得出了荷载-位移曲线初始斜率Kh求解的经验公式,给出横向受荷嵌岩桩荷载-位移曲线的双曲线函数理论计算方法。通过与现场试验曲线的对比,验证了所提出方法的准确性。采用常用的四种横向受荷嵌岩桩承载力计算方法,对经过数值试验扩展的水平荷载-桩顶位移曲线开展分析,对不同方法的适用性进行了比较,建议采用双曲线函数法对横向受荷嵌岩桩的承载力进行计算。     

盾构下穿群桩引起的地表沉降和桩身受力规律研究

地铁建设中,盾构隧道下穿群桩时引起的地表沉降和桩身受力不可小觑。本文采用FLAC~(3D)软件模拟了合肥地铁2号线下穿五里墩立交桥的工况,研究了下穿群桩引起的地表沉降和桩身受力规律。研究表明:地表最大沉降量偏向桥墩荷载较大的一侧,其值为-1.31 mm;地表沉降曲线较明显的转折点均产生在桩与土的临界面处,且承台上方的地表沉降趋于直线;桩的水平位移和弯矩沿桩身分布曲线呈弓形,且上半部分变形较明显,两者的最大值均发生在桩基上部的1/3处,在以后工程实践中,可在此处加以钢套以提高桩基承载力。     

西安地铁运动公园站深基坑变形规律现场监测研究

以降低城市地铁车站深基坑开挖对周围环境影响,保障地铁工程施工安全为目的,该研究依托西安市地铁二号线运动公园车站深基坑施工,对施工过程中钢支撑轴力、桩身水平位移、基坑周围地表沉降进行了现场监测,分析了工程开挖前后一段时期内基坑变形规律.研究结果表明:围护桩变形的最大部位在距桩顶2/3的基坑开挖深度处;距基坑长边10m左右地表变形随着基坑开挖深度增加,基坑开挖初期变形速率较大,随着开挖深度的增加,速率逐渐减小;钢支撑能够有效地限制围护桩的水平位移,随着基坑开挖深度和钢支撑的增加,钢支撑的轴力随之增大,最后随时间内力趋于稳定.     

大直径钻孔灌注桩承载力试验研究

以某大直径桩基础工程为例,进行了5根Ф1500mm试桩的竖向与水平静裁荷试验,实测得到了桩的荷载．沉降曲线、不同桩身截面的轴力、水平力．位移．时程曲线、水平力位移梯度关系、临界承载力以及地基土水平抗力系数,探讨了大直径钻孔灌注桩的竖向荷载传递机理和水平荷载承载特性．试验结果表明：大直径灌注桩承载力由桩侧阻力与桩端阻力共同承担,但表现出很强的摩擦桩特征,这与桩长过长、桩底岩层较软以及成桩方法有关;在竖向荷载作用下,桩侧阻力由上至下逐步发挥,并逐步达到相应的极限状态;单桩水平最大位移可以取10mm。水平承载力可取900kN．建议采用位移控制设计此类桩基．