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。     

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。     

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。     

水平偏心荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩周围的土体自重应力场不对称于斜桩轴线,其承载变形特性比较复杂。在砂土地基中开展了斜桩模型试验,研究了斜桩在垂直于其倾斜方向的水平偏心荷载作用下的承载变形特性,分析了桩身表面粗糙程度、桩身倾角对斜桩承载变形特性及桩身内力分布规律的影响。试验结果表明,在垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载作用下,斜桩桩顶水平位移很小,而扭转变形较大,其承载力取决于扭转变形。垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载不仅会使斜桩弯曲,还会使斜桩沿其纵向轴线拉伸。斜桩桩身最大弯矩超过作用于桩顶的扭矩约10%～30%,斜桩全长受拉,但桩身轴力很小,最大轴力约为桩顶水平荷载的5%。斜桩桩身表面作用有纵向摩阻力及环向摩阻力。斜桩桩身上部纵向摩阻力为正摩阻力,下部则为负摩阻力,中性点的位置约在相对深度Z/L=0.3处,纵向平均摩阻力远小于相同深度处的环向平均摩阻力。     

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。     

欠固结土中嵌岩斜桩弯矩及负摩阻力模型试验研究

嵌岩斜桩是海上风电系统、港口高桩码头等设施常用的基础结构。嵌岩斜桩在穿越深厚软土层时,土体固结沉降不可避免地影响桩身轴力和弯矩的分布,威胁桩体安全。针对穿越深厚软土层的嵌岩斜桩开展了室内模型试验研究,对5根不同倾角和直径的模型桩进行试验,通过较长时间地监测土层固结沉降下的桩体应变,分析了固结时间、倾角、桩径等因素对桩身轴力、桩身中性点位置、桩侧负摩阻力、桩身弯矩等分布规律的影响。结果表明：嵌岩斜桩的负摩阻力、轴力及弯矩的发展都具有明显的时间效应;随时间、倾角的增加,桩侧中性点轴力及桩身弯矩峰值均增加,同时中性点上移、弯矩峰值点下移,最终中性点稳定于岩层上部0.1倍土层深度,弯矩峰值点稳定于岩-土界面处。     

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     

黄土地基中微型抗压与抗拔桩对比试验研究

微型抗拔桩是西北黄土地区光伏电站的一种典型锚固基础,为研究微型桩在抗压与抗拔条件下位移与受力性状的异同,在黄土地基进行了不同尺寸的抗压桩与抗拔桩的单桩竖向静载试验。试验结果表明:相同荷载作用下,抗拔桩的桩顶位移和位移增长速率均大于抗压桩,考虑桩顶上拔量得出的极限承载力低于按规范进行试验得出的结果,因此,在确定抗拔桩的极限承载力时应考虑桩顶上拔量;两种试桩桩身轴力随埋深分布曲线相似,即存在一个向下传递的过程;抗拔桩桩身中上部侧阻达到极限后会随着荷载的增加出现减小的趋势;抗拔桩桩端侧阻存在弱化现象,抗压桩桩端侧阻则存在强化现象。研究结果对黄土地区光伏电站微型抗拔桩锚固基础的设计与施工具有重要的参考意义。     

荷载倾角对大直径长桩承载特性的影响分析

基于数值分析与荷载传递相结合的方法,利用FLAC3D对倾斜荷载下大直径长桩进行模拟,分析了荷载倾角对桩的承载特性的影响.结果表明,荷载倾角影响桩的承载方式,随着荷载倾角的逐渐增加,桩的承载方式由竖向承载为主逐渐向水平承载为主转化.荷载倾角在0°～20°范围内变化时,桩顶以沉降为主;在30°～90°范围内变化时,桩顶水平位移大于沉降.随着荷载倾角的增大,上部桩体侧移显著增大,桩两侧合土抗力零点向深部移动,桩端阻力减小.桩前侧和桩后侧最大合土抗力与荷载倾角的正弦值近似呈线性递增关系;桩前侧最大合土抗力受荷载倾角的影响比桩后侧最大合土抗力大.     

松砂中倾斜锚板上拔承载特性模型试验研究

以福建标准砂为填料,对松砂中倾斜锚板的上拔承载特性进行了试验研究,采用数字图像相关技术分析了上拔时锚周土体的变形特性,重点探讨了锚板倾斜角度(倾角)和埋深比的影响。试验结果表明：对同一倾角,锚板上拔力峰值和所对应的位移水平均随着埋深比的增加而逐渐增大;对同一埋深比,随着锚板倾角的增加,上拔曲线发展形态基本一致,但埋深比的变化会对曲线形态产生影响。在较大埋深比条件下,锚板倾角对上拔承载力的影响具有区间效应,即当倾角约为10°时,上拔极限承载力最小,数字图像分析表明,此现象与不同倾角锚板上拔时竖向和侧向土体抗力的不同发挥机制密切相关。     

对称双斜桩基础水平承载力模型试验研究

对称双斜桩基础是斜桩基础用于建筑物（构筑物）基础的基本形式。通过桩身对竖向的倾角分别为0°,5°,10°,15°,20°的模型试验,研究水平荷载作用下对称双斜桩基础的承载力特点,并采用比例系数的方法分析了双斜桩基础承载力与双直桩基础承载力之间的比例关系。研究发现：随着桩身倾角的增加,对称双斜桩基础的水平承载力逐渐增加,但其增加幅度逐渐减小;该试验条件下,斜桩与直桩水平荷载承载能力的比例系数从0°,5°,10°,15°,20°分别为1,2.2,2.3,3.0,3.5。     

浑河大桥嵌岩桩水平加载试验研究

以浑河大桥工程为依托,对大桥的试验桩基进行原位水平加载试验,研究了在水平荷载作用下桩顶的荷载-位移曲线、桩身弯矩分布情况等,并通过有限元软件进行数值模拟验证。研究表明:弯矩沿桩身呈抛物线形分布,在距离桩顶4 m左右的位置达到最大值,深度超过8 m以后数值接近于零;受场地环境和嵌岩桩桩形影响,桩顶水平位移和转角均较小,满足容许水平位移的要求;数值模拟与试验结果的曲线变化形式上大体吻合,弯矩和位移的实测值要较模拟值稍低。所采用的试验方法和得到的试验结果将对类似工程试验提供经验和指导。     

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础双向承载结构分析

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础将同时承受上部结构传递的竖向荷载与流水冲击产生的水平荷载,结构受力较平地桩基而言更为复杂。结合某工程实例,通过现场静载荷试验与数值模拟对比,分析了竖向荷载对桩顶位移及桩身应力的影响,研究了钢-混凝土复合桩的应力及桩身弯矩变化规律。结果表明:在竖向荷载及水平流水荷载作用下,柱顶竖向位移约为水平位移的2倍,且当竖向荷载超过300 k N时,桩顶竖向位移显著增加;桩身弯矩呈"S"型分布,桩身上段存在较大负弯矩,且对后桩影响更加明显;外钢管、内部混凝土与内嵌工字钢三者协同受力,荷载传递性能良好;内嵌工字钢在钢混段与嵌固段交界处出现应力集中现象。研究对斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础具有参考价值。