竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性模型试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中单斜桩的承载特性,分析了斜桩倾角对荷载-沉降特性、桩身轴力、弯矩、剪力及桩侧摩阻力的影响,并与直桩的承载特性进行了比较。试验结果表明:1斜桩沉降大于直桩沉降,斜桩倾角越大,斜桩与直桩沉降差越大。2相同桩顶荷载作用下,斜桩轴力小于直桩轴力,斜桩倾角越大,轴力沿深度衰减得越快。3斜桩弯矩主要发生于1/2桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增大而增大;4不论斜桩倾角的大小,桩侧摩阻力沿深度分布均可以分成3个区段,在第1区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小;在第2区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越大;在第3区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小。     

带承台倾斜单桩水平承载变形性状数值分析

为研究带承台倾斜单桩水平承载变形性状,通过数值模拟手段分析了水平荷载作用下桩身倾角、长径比对桩顶带承台斜桩的承载变形性状的影响,并重点分析了竖向荷载对水平受荷斜桩性状的影响。结果表明①水平荷载作用下,负斜桩的桩顶水平位移最大,直桩居中,正斜桩最小;桩身倾角越大,斜桩桩顶水平位移与相应直桩桩顶水平位移差值越大;相同情况下,长径比对斜桩桩顶水平位移影响不明显。②水平荷载作用下,桩身倾角只影响斜桩桩身弯矩的大小,而最大桩身弯矩的位置基本不变。③竖向荷载减小了负斜桩桩顶水平位移,却增大了正斜桩桩顶位移。④负斜桩的桩身最大弯矩随着竖向荷载的增大而减小,正斜桩却与之相反。     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

不同荷载作用下桥梁摩擦桩承载特性研究

研究桥梁钻孔灌注摩擦桩的承载特性及桩身力学性质的分布规律对桥梁的安全稳定运行具有重要意义。以重庆三店互通式1号桥梁桩基为研究对象,根据桥梁桩基特点设计室内试验,依次进行了灌注摩擦桩单桩承载力、桩身轴力以及侧摩阻力等桩基性能研究,并将试验结果与数值模拟结果以及理论公式计算结果进行对比验证。研究表明：持力层岩性对桥梁灌注摩擦桩桩顶沉降量存在影响,持力层岩土性能越高,则桩顶沉降量越小;桩身轴力及摩阻力的变化幅度均随着桩顶荷载的增加呈先增大后减小的规律,且桩身中部所受到的摩阻力最大;经理论公式和有限元分析的验证,本次试验结果整体上偏差率较小,3种分析计算方法均可较好地得出灌注摩擦桩桩身轴力变化规律。研究结果可为桥梁运营后期的病害防治提供重要的理论支撑。     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

水泥土搅拌桩荷载传递特性分析

根据水泥土搅拌桩的现场静载试验,测量了桩的轴向应变,计算了桩身轴力、桩侧摩阻力,分析了桩的荷载传递特性。结果表明:水泥土搅拌桩表现出摩擦桩的特性;荷载主要在一定的范围内传递,桩的轴力和侧摩阻力在桩体上部的衰减较快;主要在桩顶处发生横向拉裂破坏;桩体破坏前后荷载的传递机理是不同的。     

印尼地区嵌岩灌注桩竖向承载特性现场试验

为更加深入研究不同竖向荷载作用下大直径嵌岩灌注桩的承载特性与荷载传递规律,以印尼地区某工程为依托,对3根直径为800 mm的嵌岩灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验与桩身应力测试。试验结果表明:3根试桩的Q-s曲线均为缓变型,沉降量均不超过17 mm,回弹率较大,介于54.8%~70.9%之间,残余沉降较小,承载力较高,均满足设计要求。桩身轴力随桩顶荷载的增加逐渐增大,随深度逐渐递减;桩侧摩阻力的发挥具有异步性,随着荷载的增大,桩侧摩阻力逐渐发挥,在嵌岩段桩侧摩阻力最大,但仍未充分发挥;桩端阻力随桩顶荷载的增加近似呈线性增大,在最大荷载作用下,桩端阻力占比约55%,表现出摩擦端承桩的特性。研究结果对国内桩基规范的完善以及当地桩基规范的制订具有较重要的意义。     

软土地区抗拔桩承载特性现场试验研究

在工程实践中,抗拔桩基础已经得到广泛应用,但对于抗拔桩工作机理却研究较少。通过现场足尺试验,分析了抗拔桩的承载特性和变形特性,包括抗拔桩桩顶与桩底位移、桩身轴力分布、侧摩阻力分布以及侧摩阻力和桩土相对位移的关系等,试验结果表明:抗拔桩在受到上部荷载作用时,桩顶和桩底同时产生位移;随着上部荷载的增加,桩体下部侧面摩阻力逐次发挥作用,同时由于荷载在向下传递时不断减小,下部桩身所受轴力较小,桩土之间的相对位移也较小,桩侧摩阻力不易全部发挥出来。桩周各土层土的侧摩阻力达到最大所需的相对位移也可以利用桩土相对位移与侧摩阻力的关系曲线推算得出。试验结果对工程设计计算及相关研究提供了一定参考。更多还原     

基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题,将布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究,采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺,实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明：在上拔荷载作用下,试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小;桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好,上桩侧摩阻力较小,全桩长侧摩阻力最大值在桩底;抗拔桩随上拔荷载的增加,轴力逐渐向下传递,向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担;分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。     

负摩阻桩承载性状数值分析

利用基于荷载传递函数法和有限层法基础上的数值分析法对承受负摩阻力的单桩荷载性状进行了分析,研究了填土高度、桩顶荷载、桩端土刚度对桩身轴力、桩底和桩侧阻力的发展及桩沉降的影响,研究发现软土地基中,0.5的填土高度能导致负摩阻力较充分地发挥,承载负摩阻力的端承型桩与摩擦型桩一样,承载力需综合沉降确定。     

静压桩荷载传递与承载性状试验研究

依托某实际工程 ,在对桩-土体系荷载传递机理分析的基础上 ,研究了现场静力压桩试验和载荷试验过程中桩侧阻力的变化规律及其承载特性.结果表明 :在竖向压力作用下静压桩穿越不同的土层时 ,需同时克服土体对桩侧阻力和端阻力作用 ,不同阶段桩顶荷载作用时的端阻和侧阻的发挥性状不同 ;随着压桩荷载增加 ,桩身上部摩阻力先于下部发挥作用 ,较先进入极限状态 ,体现了其异步性 ,桩基设计时桩身中上部应适当加强 ;地基土自身的强度会随地基土水环境的变化而改变 ,对桩侧摩阻力和桩端阻力发挥影响显著 ;正常工作阶段 ,桩基大都处于弹性变形阶段 ,然而超出此范围后 ,桩基破坏大都表现为沉降或不均匀沉降.     

钙质砂中桩基承载性状的模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂中桩的承载性状,并采用石英砂进行对比。试验结果表明:在钙质砂和石英砂中桩的承载性状差异显著;开、闭口对桩的承载性能影响不大,相对密实度越大表现越明显;相同相对密实度下钙质砂中闭口桩的承载力较石英砂中低很多;钙质砂中桩侧荷载分担较小,大部分荷载由桩端土体承担,桩身下部与上部轴力相差不大,密实度越大,桩端轴力分担比例越高;石英砂中,桩身轴力沿桩身呈迅速减少,轴力衰减速率随深度增加而增大;与钙质砂相比,石英砂中桩侧摩阻力大很多;钙质砂和石英砂中桩侧摩阻力分布形式相似,近似呈抛物线型,表现出相同的性质;钙质砂中桩侧摩阻力未随相对密实度的增大而明显增加,而石英砂中桩侧摩阻力随相对密实度的增大而增加十分显著。     

双层土体结构对超长桩承载性状的影响

利用三维有限元方法,研究了双层地基土中超长桩的承载性状.利用线弹性模型模拟桩身混凝土的应力应变关系.邓肯-张非线性弹性模型模拟地基土,河海大学薄单元模型模拟桩.土间的非连续变形.计算结果表明,对上硬下软地基土结构,当硬土层厚度不大于桩身人土深度时,随硬土层厚度的增大,桩顶极限荷载、桩侧极限阻力均呈非线性增大;对上软下硬地基土结构,当软土层厚度不大于桩身入土深度时,随软土层厚度的增大,桩顶极限荷载、桩侧极限阻力均呈非线性减小;桩身轴力和桩侧阻力沿深度的分布随地基土结构而异.桩侧摩阻力在硬、软土层分界处有急剧变化现象;超长桩的失稳由桩侧土体的破坏引起.     

循环荷载下桩网复合地基中桩的承载特性分析

循环荷载下桩网复合地基中桩的承载特性变化值得关注,特别是循环荷载幅值及加筋层数对桩承载特性的影响尚有待研究。通过桩网复合地基的室内模型试验分析了循环荷载幅值、循环次数、土工格栅层数对复合地基中桩的桩身轴力、桩侧总摩阻力、桩端阻力的影响。研究结果表明,桩身轴力及桩端阻力随着循环荷载次数及幅值的增加而增加,而桩侧总摩阻力随循环荷载次数增加而减小;随着土工格栅层数的增加,桩身轴力、桩侧总摩阻力及桩端阻力随之增大。循环荷载幅值及土工格栅层数对桩承载特性的影响较大。结论可为桩网复合地基设计提供参考。     

水平荷载-扭矩耦合作用下斜桩承载变形特性数值模拟

利用ABAQUS数值软件分析了斜桩在水平荷载 H 和扭矩 T 耦合作用下的承载特性、桩身内力以及桩-土界面上的摩阻力等变化特征并与直桩进行了对比,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力的影响。分析结果表明:斜桩在水平荷载与扭矩耦合作用下,桩身为受扭破坏;斜桩的受扭承载力大于直桩,斜桩受扭承载力的大小与桩身倾角相关;桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力也有一定的影响,而桩身长径比的影响较大。     

边载和水平荷载作用下超长桩承载性状数值分析

采用有限元法,建立超长桩和土体共同作用的三维数值模型,研究受边载和水平荷载共同作用下超长桩的承载特性,分析超长桩侧摩阻力和桩身弯矩的变化规律。结果表明:水平荷载与边载比值k的增大可以有效改善桩侧负摩阻力,并且存在最优比值k=4。桩侧负摩阻力和桩身弯矩随着长径比的减小而减小;存在临界边载距离s=8 m,当边载距离s<8 m时,桩身负摩阻力随着边载距离的增大而减小,当s＞8 m时,边载对桩身负摩阻力几乎无影响。桩土刚度比的减小可有效提高超长桩承载力。同时应用多元非线性回归分析,得到最小桩侧摩阻力随不同因素变化的函数关系式。根据该式可预测不同因素组合下的最小桩侧摩阻力,有效避免桩侧负摩阻力的产生。     

基于PHC管桩现场静载试验的基桩承载特性研究

【目的】我国沿海地区广泛存在饱和软土地层，且不同区域地层差异显著。软土前期固结预处理会使得地层的物理力学特性产生变化，为了准确计算后续施工中基桩的竖向承载力，最直接的办法就是通过现场竖向抗压静载试验实测得到桩侧摩阻力分布规律。【方法】在舟山某基地工程开展了5根桩的现场静载试验，桩1—桩4用于分析不同桩端持力层条件和桩径对PHC管桩单桩极限承载力的影响；通过在桩5桩身布设振弦式钢筋计，实时监测静载试验过程中桩身轴力，进而得到桩侧摩阻力的分布和变化规律。【结果】结果显示，桩1—桩4静载试验得到的极限承载力分别为8 000 kN、8 000 kN、6 600 kN和7 200 kN;实测分析得到桩5在处理后的两层淤泥质粉质黏土层中桩侧摩阻力分别为31 kPa和35 kPa。【结论】结果表明，实测得到的桩侧摩阻力大于勘察提供的建议值，说明地基预处理后桩土界面强度提高，计算得到的桩基承载力与静载试验测试值更加吻合；随着桩顶荷载的逐渐增大，桩身轴力也逐渐增大，且自上而下桩身轴力逐渐减小。研究成果为处理后深厚软基中桩基承载特性的计算提供试验依据。