侧向受载桩的有限元分析

一、前言桩在承受侧向荷载时的内力分析,一直为有关工程设计人员所关注。通常,把桩视作置于文克尔地基上的弹性基础梁,地基的侧向抗力随深度的变化,则有不同的假设,即通称的所谓张氏法、K法、m法、C法,如图1所示。以上四种假设,在国内有关工程设计部门都曾有采用。对一般的粘性土和砂性土而言,铁路、交通、水利部门目前采用m法较多。有关规范和设计手册中对m法亦有推荐,并附有函数表可供查阅。但对超压密土,有关港工规范指出,可以采用张氏     

海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

阶梯形文克尔地基梁弹性曲线微分方程的通解及其应用

一、引言 弹性地基梁广泛地应用于水利水电、土木、铁道及船坞等工程建设中.理论和实践表明,对于上部为较薄的土层、下部为坚硬岩石基础上的梁,采用文克尔假设(文克尔地基梁模型)来求解,可以得到比较满意的结果.由于文克尔地基梁的理论和计算均较简单,因此许多工程部门至今仍广泛地采用.     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p－y 曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为 3 m 以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩( 4～8 m) 结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线; 采用 ABAQUS 建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的 p－y 曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的 p－y 曲线法过于保守,规范推荐的 p－y 曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析; 所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

基于修正主应力旋转理论的抗滑桩桩间土绕流计算方法

桩间土绕流验算是抗滑桩设计三大验算流程之一,研究绕流计算方法对于在保证抗滑桩工程稳定安全的前提下,提高设计精度、节省资金具有重要意义。为弥补现有"拱结构物"假设理论的不足,引入Terzaghi松动土压力理论,建立Terzaghi松动土压力与桩间距的关系以及修正主应力旋转理论。并在Ito塑性变形理论假设基础上提出塑性变形理论适用的上限与下限桩间距,结合修正主应力旋转理论与Terzaghi土拱计算理论建立了极限桩土荷载分担比计算模型,根据所提模型计算结果获得了桩土荷载分担比与土体性质、桩间净距的关系。然后与数值模拟的计算结果进行了对比分析,并提出了桩间土绕流验算方法:定义桩间土稳定性系数为极限桩土荷载分担比与实际桩土荷载分担比之比,稳定性系数大于1表示桩间土较稳定,不发生绕流。     

半无限平面弹性地基框架计算模型在箱形结构中的应用

通常,在工程实际中大多采用局部弹性地基模型（文克尔假设）,而半无限平面弹性地基模型由于在计算处理上比较复杂,在应用上受到一定的限制。为了使模型接近实际情况,采用有限元程序用弹簧模拟地基底部和周围土的作用,建立了在边荷载作用下的半无限平面弹性地基上的箱形倒虹吸涵洞结构有限元模型。     

箱形倒虹吸涵洞结构半无限平面弹性地基框架计算模型的建立

通常,在工程实际中大多采用局部弹性地基模型(文克尔假设),而半无限平面弹性地基模型由于在计算处理上比较复杂在应用上受到一定的限制。为了使模型接近实际情况,采用有限元程序用弹簧模拟地基底部和周围土的作用,建立了在边荷载作用下的半无限平面弹性地基上的箱形倒虹吸(涵洞)结构有限元模型。     

板桩码头结构中桩体作用宽度试验研究

桩主要被用来传递竖向荷载,在码头结构中桩还常被用来承受横向荷载,抵抗地基侧向变形.侧向承载桩受到的作用力主要来自挡土陆侧和临空海侧之间的土压力差,但由于受力机理复杂,至今尚无成熟计算方法能够准确估算桩所承担的横向作用力.通常假设一个桩体等效作用宽度,然后采用挡土墙经典土压力理论进行计算,现行板桩码头结构设计中假设桩体作用宽度为2倍桩宽,然而,这种经验算法经常受到质疑,迫切需要试验验证.为了改进和完善现行的板桩码头结构设计计算方法,针对桩体作用宽度这一问题,设计开展了多组大型土工离心模型试验,通过微型土压力盒测量了不同桩间距布置的桩体侧面的土压力,获得了桩身前后两侧沿深度的土压力分布.试验结果表明,桩排中的单根桩作用宽度与桩间距密切相关,在桩间距宽度比d/b小于4.0时,其作用宽度系数Keq近似与d/b线性递增;d/b大于4.0后,keq值逐渐趋于常值,不再随着d/b值出现非常明显的变化;对于桩间距为2倍桩宽(d/b=2.0)这一常见布置情形,实测桩体作用宽度系数Keq值不足2.0.     

联体式渡槽流固耦合动力特性分析

基于势流体假设建立渡槽——水流固耦合二维联体式渡槽模型,分别计算比较刚性地基约束情况和考虑桩土作用的弹性地基约束情况的渡槽结构在不同水深工况下的计算结果,分析了联体式渡槽的动力特性以及土一桩结构相互作用对上部结构动力特性的影响。计算结果表明：槽内水体使结构自振频率降低,并且随着水深的加大频率降低越多;考虑桩一土相互作用使渡槽结构变柔,自振周期变长,因此在渡槽的静动力计算分析中有必要考虑桩土作用。     

地震激励下桩-土-结构动力相互作用分析

该文采用连续统一体模型,假设桩-土-结构都为具有粘性阻尼的弹性体,将地震波简化为简谐SH波诱发的水平振动,用基岩运动输入下桩土相互作用的振动解来分析粘弹性半空间场地土的动力反应,并对地震激励下桩-土-结构耦合相互作用进行分析,可为高层建筑和桥梁抗震抗风设计以及地震灾害分析提供理论和实际的参考依据.     

桩拱结构整治滑坡设计

结合工程应用实例简述桩拱结构整治滑坡的设计方法，以极限平衡反算法成果，综合考虑地勘建议值确定滑动面上的抗剪强度指标，并采用文克尔模型计算抗滑桩的内力。     

软土承载桩地基土水平抗力比例系数取值研究

水平承载桩位移内力计算时,m法中的地基土水平抗力比例系数m随地基土的种类及其性质、桩基位移等多种因素而变化,现行规范对m值的建议取值具有较大的主观性和不确定性。为了给软土地区工程建设提供参考,以上海典型软弱土层为研究对象,通过平面m法计算水平受荷单桩的位移、内力,并与Plaxis有限元模型模拟结果行对比分析,确定m的合理取值,并建立了m值与土体压缩模量和桩身位移的相关关系式。研究结果表明:当桩基受水平荷载时,在地基土性质相同的情况下,m取值与桩基的水平位移有关,桩身水平位移越小m取值越大,桩身水平位移越大m取值越小;m值与土体压缩特性密切相关,表现为桩基位移相同时,土体压缩模量越大m取值越大,土体压缩模量越小m取值越小。     

弹性地基上柱下条形基础计算的有限元法

以弹性地基上某典型Ｔ形截面基础梁为例，探讨了采用ＡＢＡＱＵＳ程序进行该问题计算的有限 元方法（ＦＥＭ）。考虑到有限元法单元类型和网格密度对计算结果的影响，对比了采用不同单元类型、不 同网格密度的计算结果，给出了在采用一阶单元类型进行基础梁内力计算时应采用８节点砖形非协调 单元Ｃ３Ｄ８Ｉ的建议。由于有限元法摒弃了现行文克尔地基梁法和链杆法的简化假设，因而其计算结果 是最为准确的。对于现行柱下条形基础的设计计算方法，对比分析表明，应尽量避免采用倒梁法，优先 采用链杆法，其次是文克尔地基梁法。通过有限元法不仅方便高效地获得了基础梁的内力和沉降等，还 首次揭示了基底反力的三维分布特征，有助于人们深入认识基础与地基的相互作用。因此，有条件时， 建议的有限元法应作为设计人员进行柱下条形基础计算的首选方法。     

水泥土搅拌桩复合地基沉降计算探讨

该文以某水闸闸室地基水泥土搅拌桩处理方案为研究背景,用实体深基础法和应力扩散法对不同桩长方案的沉降进行了计算和比较分析,并对不同桩长和不同布桩间距下的复合地基沉降进行了数值模拟。分析结果表明当设计中采用未穿透淤泥层的水泥土搅拌桩方案时,复合土层的沉降计算选用实体深基础法比选用应力扩散法计算的结果更接近实际。计算桩端下未加固土层的沉降时,应根据土层的压缩性质来选用应力控制法还是应变控制法以确定沉降计算深度。当桩间土是成层土时,采用该文提出的公式计算的桩间土的压缩模量比通常按土层厚度加权平均计算的桩间土的压缩模量计算的沉降值更合理。     

切线模量法在单桩非线性沉降计算中的应用

为了更好地计算单桩的非线性沉降,结合规范方法将单桩沉降分为桩身压缩和桩端土沉降两部分,其中桩端土沉降采用切线模量法计算,由于切线模量是由原位试验得到,能反映桩端土的原状特性,同时切线模量考虑了不同应力水平的影响,因此也能够反映桩端土沉降的非线性。通过工程实例应用表明,切线模量法用于单桩非线性沉降计算是可行的。     

海上风电基础结构大直径钢管桩水平静载荷试验数值仿真

采用数值模拟手段,对海上风电基础结构大直径钢管桩水平静载荷试验进行仿真,其中,仿真试验数值模型中桩土之间设置接触单元对桩土相互作用特性进行模拟。对仿真试验结果的处理与分析表明:桩土之间接触单元的设置更为真实地描述了桩土接触的性状;计算得到的p～y曲线较与一些已有方法的结果相比存在差异。     

基于滑带土强度折减的滑坡推力计算

采用传递系数法计算不同折减系数下滑坡推力在水平方向的分力,然后改变桩、土的弹性模量,采用有限元强度折减法计算不同安全系数下桩后土压力的合力及分布形式。结果表明:随着抗滑桩弹性模量的增大,桩后土压力合力越来越大,并逐渐接近传递系数法计算得到的滑坡水平推力;滑床土弹性模量增大,可以有效抑制桩的变形,使桩后土压力合力增大,土压力分布趋于均匀;滑体土弹性模量的增大对桩后土压力合力影响不大,但对桩身土压力的分布影响较大;随着滑带土弹性模量的增大,桩后土压力合力逐渐减小,且土压力沿桩身分布趋于均匀。     

基于离心试验的衡重式桩板挡墙受力特性研究

衡重式桩板挡墙是由桩板挡墙与衡重式挡墙发展而来的一种新型支挡结构,鉴于该结构的复杂性,受力特性尚不明确,为此设计了比例尺为1∶50的挡墙离心模型试验,分析了衡重式桩板挡墙的土压力分布模式、桩身受力特性。结果表明:(1)填料为全砂时上墙主动土压力按公式γhk_aξ计算,建议正常使用状态下桩前抗力上部采用C法、下部采用m法计算。(2)填料上层为砂土、下层为粉土或饱和粉土时,挡墙主动土压力已不适合采用朗肯土压力理论计算,桩前抗力分布模式与模型试验一致,随深度呈抛物线分布,不适于采用m法或C法及朗肯被动土压力理论计算。(3)挡墙桩身弯矩在桩顶下某处出现反弯点,反弯点以上桩身左侧受拉,反弯点以下桩身右侧受拉,随着离心加速度的增加反弯点逐渐下移。     

侧向受载排桩的动力试验及非线性分析

本文对动力水平荷载下排桩的工作性能和群桩效应作了研究。首先进行了室内饱和砂中的单桩和具有不同桩间距的多桩排架试验,探讨其在水平动力荷载下的工作性态,分析了桩间距及激励频率对它的影响。采用p—y曲线编制了桩基的非线性有限元程序NALLPG。据此,计算了模型桩基的动力响应,结果表明,计算与试验值符合较好。最后讨论了群桩效应对p—y曲线的影响。     

黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁横向振动复模态分析

利用修正Timoshenko梁理论,考虑地基黏性阻尼,建立黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁动力方程,解决了黏弹性地基经典深梁(Timoshenko)两频谱矛盾。利用复模态分析方法导出微分方程在多种约束条件下的复频率求解超越方程及其振型函数。当不计梁剪切转动惯量的影响时,方程可退化为黏弹性文克尔地基经典深梁计算模型;当不计梁剪切变形的影响及地基黏滞阻尼时,方程退化为常见的弹性地基Euler梁振动模型,其计算模型较为通用。分析了黏弹性地基梁在不同理论下的计算差别,结果表明:黏弹性地基Euler梁在高频段及梁长较短的低频段具有很大误差,黏弹性文克尔地基经典Timoshenko梁相对于Euler梁误差有所减小,但随阶次的增加相对误差逐次增大,在较高频段亦产生不可忽略的影响,证明了地基黏滞阻尼对地基梁振动低频段有较大影响。