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。     

成层地基中倾斜荷载桩改进有限杆单元法研究

传统有限杆单元法不能考虑倾斜偏心荷载下基桩的P-Δ效应,假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,导得具有简洁形式、计入P-Δ效应的杆单元刚度方程,进而得到改进的有限杆单元方法,并给列出了用该法进行成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向分散集中荷载综合作用下并考虑桩身倾斜影响基桩内力位移分析的具体计算步骤。结合某工程实例,对上述方法进行了验证。最后对影响倾斜荷载桩的主要因素如埋深、桩材、基桩自由长度、桩身倾斜度、竖向荷载偏心矩以及荷载倾角等对基桩受力特性影响进行了分析,获得了一些定性的结论。     

基于无单元Galerkin法的软土区高承台超长嵌岩基桩屈曲分析

为探讨洞庭湖软土区桥梁工程常用高承台超长嵌岩灌注桩的屈曲稳定性,将其视为第二类稳定问题,引入新型无单元Galerkin数值分析法,考虑桩-土共同工作中的非变形协调与非线性等因素,给出了基于非线性弹性-理想塑性模型的桩土接触分析非线性迭代算法及基于弧长法的桩身屈曲分析无单元Galerkin法,并开发出相应的计算程序。最后,结合某大桥一试桩现场载荷试验结果进行了应用,对比分析表明:基于桩身屈曲分析无单元Galerkin法获得的桩顶荷载-沉降曲线与实测曲线吻合较好,桩身失稳临界荷载与实测极限荷载的相对误差为5.6%,远优于按第一类问题的线性与非线性增量屈曲分析结果(其相对误差分别达37.0%和15.4%)。     

管桩承载性状的数学描述

基于5根桩现场试验资料的分析,对表征管桩承载性状的桩顶荷载-桩顶沉降曲线、桩身压缩-桩顶荷载曲线进行了数学描述。结果表明:1)用Boltzmann数学模型拟合5根桩的桩顶荷载-桩顶沉降曲线,效果很好,相关系数都达到了0.996以上。2)从综合系数-桩顶荷载曲线图上可发现5根桩的曲线形状有3种类型。3根短桩的综合系数大,2根超长桩的综合系数小。这些反映出综合系数是一个变量而非常数,要由它来确定桩身压缩难度较大。3)用Boltzmann数学模型对桩身压缩-桩顶荷载关系曲线进行回归拟合,效果也很好,各单桩的相关系数都达到了0.996以上,5根桩的综合相关系数为0.9871。这样就可根据已有试桩资料的回归拟合曲线及其方程式来预测和计算该场地及其类似场地中钢管桩的桩身压缩。4)Boltzmann数学模型是适合描述钢管桩桩顶荷载-桩顶沉降、桩身压缩-桩顶荷载这两类曲线的,它为桩身压缩及其极限值的预测、为桩顶极限承载力的判定提供了新方法。5)极限荷载与长径比成大致的负线性关系。     

挤扩支盘桩承载变形特性的试验研究及承载力计算

根据单桩静载荷试验及桩身轴力的测试结果,深入分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性;同时给出挤扩支盘桩的单桩承载力计算公式。通过分析计算,指出了支盘的承力特性具有明显的时间效应和端承性质,揭示了支盘桩高承载力和S型Q-S曲线的内涵。     

复合载体夯扩桩承载力性状有限元分析

本文对复合载体夯扩桩进行了有限元分析，在分析中通过现场取样和模型试验确定夯扩挤密区范围，通过分段线性插值确定夯扩影响区土单元的材料参数，从而能够较为准确地分析这种桩承载力的特殊性状。本文根据计算结果讨论了桩身的荷载传递规律、承载力的计算及最优夯扩体直径的确定，同时也比较了这种桩与扩底灌注桩在承载力特性方面的区别，从而揭示了复合载体夯扩桩承载力性状的基本规律，说明了复合载体夯扩桩是一种承载力性能优越的桩型。     

利用试桩资料优化反分析桩的荷载传递函数

传递函数法计算单桩沉降及轴力的关键是选取正确的荷载传递函数，本文提出了根据室内砼和岩土之间剪切试验所得到的荷载传递函数的数字表达式，结合桩基静载荷试验资料用优化反分析方法确定数学模型中待定参数来获得桩基的荷载传递孙，实例计算表明由该方法获得的桩基荷载传递函数能较准确计算单桩沉降量和桩身轴力值，有一定的实用价值。     

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明：土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(Ld=10d～15d);当桩身长径比在L/d=5～10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。     

打桩过程中桩的横向振动分析

利用Winkler地基土模型对锤击法沉桩时层状地基中预制桩建立了合理的力学模型。经过动力分析,给出了单桩在桩顶偏心动力竖向荷载作用下动力响应的数值解,并分析了激振强度、桩径、土对桩的水平地基反力系数以及土的粘滞阻尼系数等对桩动力响应的影响。为研究桩在强烈轴向和弯矩激振共同作用下的响应提供了初步的分析方法,特别对预制钢筋混凝土桩的设计和施工具有指导意义。     

层状地基中基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法

基于虚土桩模型及荷载传递法,针对理想弹塑性荷载传递函数,推导了均质地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的桩顶荷载-沉降曲线计算方法,且进一步利用递推方法将其推广到层状地基中并给出了桩身轴力及桩侧摩阻力的计算方法。在此基础上,给出了荷载传递模型参数的选取方法并分析了虚土桩计算长度的影响因素及取值方法。然后,利用该算法分析了桩及虚土桩压缩模量对荷载-沉降曲线的影响。最后,结合工程实测数据,对比了计算荷载-沉降曲线、实测曲线和由规范方法得到的荷载-沉降曲线,结果表明:在一定的荷载范围内,采用基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较为吻合,实际工程应用优于规范法。     

柳东大道延长线桥梁桩基的施工、检测及事故处理

通过大型桥梁桩基施工、检测及事故处理的一些工程实例，利用大直径灌注桩荷载传递机理，阐述了桥梁基础采用大直径冲钻孔灌注桩施工时应着重控制的几个问题和采用超声波检测桩身完整性的原理和典型事例，并介绍压力注浆法处理桩基质量事故的原理及具体施工方法。     

基于分形理论的人工挖孔嵌岩桩承载特性分析

嵌岩长桩的承载性能主要取决于桩-岩接触面的剪切强度。基于岩体结构面强度的研究方法,引入分形维数描述的两相接触介质粗糙表面的抗剪强度公式,建立了以分维数表示的嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得了弹性条件下的桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式。基于所获得的解答,深入地探讨了分形维数D对桩侧摩阻力?、桩身轴力P及桩端荷载分担比Pb/Pd的影响规律。研究表明:同等条件下一定范围内粗糙分维值D越大,桩侧摩阻力在桩身上部分布越集中,荷载传递深度越小,桩端荷载分担比Pb/Pd也越小;长径比l/d越小,桩端荷载分担比越大,反之越小。工程算例对比分析表明:理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值。     

浅析挤扩支盘桩的设计

挤扩支盘桩是混凝土灌注桩中的一种新桩型,其桩体由主桩、若干个承力盘和数对分支组成。与普通混凝土灌注桩相比,由于充分发挥了桩土共同承担上部荷载的作用,挤扩支盘桩的承载力高,沉降小。本文介绍了支盘桩的特点、受力机理、设计方法及施工工艺流程,使设计和施工人员能对这种新桩型有初步了解,便于在工程实践中应用。     

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。     

m法求解桩身内力与变形的幂级数解

文本针对在桩端弯矩和水平力共同作用下桩土共同工作时，用ｍ法求解无法得出解析解，而用有限元法和差分法给出的解不尽如意的具体问题，用幂级数法求解了ｍ法的微分方程，推出了桩的内力及变形的具体计算式，并编制了计算程序，用本文方法可计算出桩身任意截面的水平位移，桩身弯矩，剪力，转角及桩侧土压力等数值，计算结果与实测值基本一致，本文中的方法对桩身强度和刚度设计有工程实用价值。     

基于圆孔扩张理论的桩基水平承载力计算方法

为了讨论楔形端承摩擦桩在扭矩T-竖向荷载V联合作用下的承载性能,考虑地基土剪切模量在地面处为非零值且随深度呈幂函数的分布形式,根据能量法和变分原理,分别得出基桩在桩顶竖向荷载和扭矩作用下的桩身竖向位移以及扭转角微分控制方程。采用MATLAB编制程序求解楔形端承摩擦桩的极限竖向荷载、极限扭矩,得到相应的承载力包络图。在T→V加载顺序下,通过改变初始扭矩值,分析了初始扭矩对楔形端承摩擦桩竖向承载特性的影响。对T-V联合受荷楔形端承摩擦桩进行了参数影响分析。研究结果表明：与等截面桩相比,纯压和纯扭作用下楔形端承摩擦桩的极限竖向荷载和极限扭矩有所提高。在T→V加载顺序下,楔形端承摩擦桩承载力包络线相比等截面桩有所外扩。随着桩径变化率的增大,楔形端承摩擦桩的承载力包络线也随之向外扩张。当初始扭矩与极限扭矩之比超过一定值时,楔形端承摩擦桩极限竖向荷载开始显著降低,需注意T-V组合效应。对于大直径长桩而言,需要重视初始扭矩对基桩竖向承载性能的影响。一味提高混凝土标号并不能极大的改善基桩在T→V受荷模式下的竖向承载性能。

     

基于荷载传递法的嵌岩桩负摩阻力计算研究

结合有效应力法及荷载传递法建立了嵌岩桩负摩阻力计算的分段模型。通过位移控制方程计算得到了桩身不同段位移及轴力的解析解及幂级数解,进一步得到了计算桩身轴力及负摩阻力中性点位置的迭代计算方法。在一工程实例分析时,采用线性拟合的方法准确拟合桩周土体沉降,所得的桩身轴力沿桩长范围内的变化曲线与实测曲线较为吻合,该法能较准确地描述桩身负摩阻力的传递过程及其沿桩身的分布。     

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。     

DX桩单桩承载力的有限元分析

用有限元法对竖向桩顶荷载作用下DX桩桩周土的应力变形及桩身荷载传递特点进行了数值分析。给出了桩周土体的应力位移等值线,分析了扩径体数量、间距及形状对DX桩承载性能的影响,进一步揭示了DX桩的单桩承载力机理,可为DX桩的承载力设计提供参考。     

高层建筑桩筏联合基础荷载分配测试研究

本文介绍了建造在砂土地基上的高层建筑桩筏基础荷载分配的测试结果，给出了能较好的拟合这些结果的理论公式，并对桩和筏板间荷载分配的影响因素进行了讨论。