大规模桩筏基础非线性共同作用简化分析方法

提出一种分析桩筏基础非线性共同作用的简化分析方法。将单桩的载荷试验结果应用到桩筏基础的沉降分析中,从而使得沉降预测结果更符合工程实际情况。将筏板假定为弹性薄板,筏板下的群桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟合载荷试验的Q-S曲线,并用它来模拟桩在荷载下的非线性响应。采用相互作用系数法分析桩-桩间的相互作用,同时考虑桩的“加筋”对相互作用系数的影响。为了简化计算,采用多项式拟合桩-桩、桩-土相互作用系数。使用弹性半空间或有限层理论分析土节点间的相互作用。经过实例分析比较,该方法不但可以节省大量机时,而且可以得到较满意的预测结果。该简化方法可以用于工程实践。     

考虑桩土作用的群桩效应分析

桩土接触变形为非线性问题,相互作用机理复杂。为了分析高桩承台群桩基础的桩土作用,文中用Drucker-Prager弹塑性模型模拟土体的材料非线性,建立高承台群桩-土体的有限元非线性数值模型,分析并总结了不同参数对群桩受力的影响,其中桩长径比和桩距径比对群桩效应影响较大。可供群桩基础设计提供参考。     

群桩沉降计算的试桩曲线法

尝试提出群桩沉降计算的试桩曲线Q-S法,将群桩在准永久组合下单桩平均荷载对应的沉降划分为线弹性部分和非线弹性部分,引入了群桩沉降比来反映完全弹性部分的相互作用,同时引入了弹性程度发挥系数来反映非线弹性部分沉降的相互作用.通过2个工程实例的计算分析讨论了群桩沉降比、在单桩平均荷载下对应沉降中线弹性部分和非线弹性部分所占的比例、以及弹性程度发挥系数等参量对于试桩曲线法的影响.文中结合弹性层状理论的传递矩阵和层状土单桩分析方法,利用矩阵位移法推导了层状土中群桩的弹性位移解刚度矩阵和求解公式.计算表明,层状土中群桩解答与简单处理为均匀土中的解答对群桩沉降比计算结果影响很大,差距近达40%.最后通过全国各地区11个桩基工程的实例分析,将试桩曲线法计算结果与实测值以及其他分析方法的计算结果进行了比较,表明由于试桩曲线法包含了桩基工程的实际特性,因而具有较强的地区适用性和相对较高的分析精度.     

单桩与群桩变形特征对比有限元分析

群桩基础广泛应用于建筑领域，为深入研究群桩基础作用详细机理，通过非线性有限元ABUQUS建立单桩与群桩模型，研究轴力、桩土应力比、桩土差异沉降对单桩和群桩的影响，并计算群桩效率系数，优化桩承式加筋路堤设计参数。研究结果表明，群桩基础相对于单桩基础承载力明显；通过分析桩土应力比变化规律，随着荷载的增大，中心桩、边桩、角桩的桩土应力比逐渐变大；越靠近群桩基础中心的位置，桩间土承受的压力越小，在边缘处达到最大值。成果将丰富数值模拟研究并为实践应用提供借鉴和参考。     

基于相互系数法的群桩沉降的推算

在单桩荷载曲线的基础上,采用相互系数法预估和推算群桩的平均沉降。主要展开了以下研究。首先应用有限元对桩桩相互系数进行数值分析,建立了桩桩相互系数的有限元模型,并在此基础上,以群桩为模型,通过数据回归提出推求桩桩相互系数的简略公式。其次由单桩沉降可分为可恢复的弹性部分和不可恢复的塑性部分,在推算群桩的平均沉降时只考虑弹性沉降部分的叠加,对塑性部分不考虑其群桩效应的叠加。从而建立了预估群桩的平均沉降的方法。     

复合桩基桩土非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS软件对常规桩筏基础(3d桩距)和复合桩基(6d桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板-桩-土的非线性接触特性,采用Mohr Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降、桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况。分析结果表明,6d桩距群桩中基桩的承载能力很快发挥到极限,后续荷载交由承台下土体承担,有更多的天然地基承载表现,6d桩距群桩的桩间土绕桩滑动的趋势较3D桩距群桩的要强。分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

桩-土-桩相互作用分析

分析层状场地桩-土-桩相互作用,采用子结构方法推导单桩与群桩沉降计算公式。求解两桩相互作用系数。将计算结果与采用弹性理论计算结果进行比较。研究影响群桩作用的因素。     

群桩沉降预测的简化非线性分析法

本文介绍国外一种在竖向荷载作用下的群桩非线性反应近似计算方法。该方法采用双曲荷载传递函数来模拟非线性的桩-土-桩相互作用。根据一些已有文献中的单桩荷载试验数据的分析,可以评估所介绍方法的可行性。该方法通过计算分析,可以得到主要模型参数的近似值。在单桩分析的基础上,采用等效墩概念并根据桩-土相互作用修正单桩荷载传递函数可以将单桩的荷载-沉降反应推广到群桩。文中研究了两例群桩的现场测试性能,并将试验结果与所介绍方法的计算结果进行了比较。研究表明群桩的荷载-变形性能是可以较合理的预测的。     

桩基水平荷载计算理论研究现状述评

单桩水平承载力计算理论包括极限地基反力法,弹性地基反力法,P-Y曲线法.极限地基反力法未考虑地基反力与位移的关系,只适用于刚性短桩.弹性地基反力法分为线弹性及非线性弹性法,线性弹性法假定土反力和水平位移成线性关系,因而只适用于小变形.而非线性弹性由于可以描述桩基的非线性性质,可以适用于大变形.P-Y曲线法考虑了桩土作用的非线性和土的塑性影响,对大小位移的情况以及静、动荷载均适用,是目前国内外比较流行的一种方法.群桩水平承载力计算理论主要包括群桩系数法,弹性理论法,P-Y曲线折减法.群桩系数法关键在于如何确定群桩系数,弹性理论法关键在于选取恰当的土质参数,P-Y曲线折减法采用的经验公式依赖于少量模型试验,其通用性尚待验证.     

群桩沉降的非线性简化分析

提出一种对竖向荷载作用下群桩沉降的非线性简化分析法,用双曲线荷载传递模型模拟非线性的桩～土相互作用,单桩荷载传递模型参数根据单桩荷载试验得出,同时引入了等效墩的概念,把单桩荷载传递函数推广到等效墩上,同时考虑相互作用而对函数作出适当修正,从而把单桩分析法推广应用到群桩体系,通过与实测结果相比较,证明了该法的可行性和精确性。     

刚性桩复合地基沉降计算方法

 基于原状土切线模量法,对刚性桩复合地基的沉降计算提出一种新的沉降计算方法。该方法用切线模量法分别计算基础下土体和刚性桩的荷载–沉降过程曲线。依据共同作用时桩和桩间土的沉降相等的条件,对土体和刚性桩的荷载–沉降过程曲线进行复合得到刚性桩复合地基的荷载–沉降过程曲线,则刚性桩复合地基的沉降可以根据其荷载–沉降曲线得到。对于有复合地基的载荷试验的情况,提出直接利用其试验曲线建立复合地基的双曲线切线模量方程,利用该方程计算实际基础的沉降。通过工程实例表明,新的沉降计算方法具有较好的精度。     

Prediction of nonlinear vertical settlement of a pile group consisting of new and existing displacement piles in clay strata

Reusing existing displacement piles is economical, time-saving, and environment-friendly. This paper presents an analytical approach for predicting the load carrying behavior of pile groups consisting of new and existing displacement piles. The evolutions of the undrained shear strength and shear modulus of clay adjacent to the piles from installation through consolidation to long-term ageing are investigated to determine the load carrying behavior of displacement piles. The nonlinear load-settlement behavior of an individual pile is modelled by load-transfer method, where the exponential function-based load-transfer models integrating the two developed soil parameters are employed to represent the nonlinear behavior at the pile-soil interface. The pile-pile interaction in the pile group is explored based on the shear displacement method. Combining the load-transfer method and the shear displacement method, an analytical framework is proposed for predicting the load-settlement behavior of pile groups consisting of new and existing piles. The proposed framework is validated by predicting the vertical settlement of a high-rise apartment built on a pile group consisting of 74 new displacement piles and 22 existing displacement piles during construction. Good agreement is achieved between the predicted and measured results. A parametric study is performed to explore the stiffness efficiency and the load-settlement behavior of pile groups with different layouts of new and existing piles. The results indicate that the pile group with larger ratio of the number of existing piles to the number of total piles shows both stronger stiffness and a higher load carrying capacity.     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

逆作法复合桩基承载性能的室内模型试验

通过对单桩、两桩以及四桩的逆作法复合桩基室内模型试验,研究在极限荷载作用下逆作法复合桩基的荷载与沉降关系及桩、土荷载分担特性。试验结果表明:逆作法复合桩基的荷载-沉降曲线具有两个拐点,分别对应封桩结束并加下一级荷载时刻和基础破坏时刻;逆作法复合桩基封桩前的沉降量介于浅基础与复合地基的沉降量之间,桩不直接参与分担上部荷载,只起到改善土体刚度的作用;合理选择封桩时机可以控制桩、土的荷载分担比;封桩后基础总体刚度大幅度提高,基桩不但参与基础受力而且控制基础沉降;在基桩达到极限承载力之前,基桩分担了大部分复合桩基阶段的荷载,基础的沉降也得到了明显的控制;在基桩达到极限承载力之后,上部荷载又大部分由地基土承担。     

考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法

考虑天然饱和黏土地层的原位力学特性,采用圆孔扩张模型考虑沉桩效应,结合太沙基一维径向固结理论推导了桩周土再固结过程中土体强度和剪切模量的解析解。在此基础上,根据桩基加载过程中桩侧土体的剪切变形特性,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型,提出了考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系理论预测方法。通过现场试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩荷载–沉降特性随时间的变化规律,分析了静压桩沉桩后不同历时的荷载传递特性。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载特性的变化主要是由于桩侧承载特性的提高;特定休止期后的静载试验结果与静压桩真实承载特性存在一定差异。因此,实际工程中应根据桩周土体力学特性的改变结合静载试验合理确定静压桩的承载特性。     

浙沪软土地区摩擦群桩的沉降分析与控制

针对浙沪软土地区常用的预制摩擦群桩，从群桩荷载传递机理及破坏模式、桩位布置、试桩荷载沉降曲线、固结及施工影响等方面，分析影响群桩沉降的诸因素。据此，归纳提出控制沉降的原则。     

复合地基桩土应力比的计算及应用

采用双折线硬化曲线,推导出水泥土桩复合地基的单桩荷载-沉降曲线的解析算式,用来表征单桩的荷载沉降曲线,采用双曲线函数来表征地基土荷载-沉降曲线,推导了考虑桩土相互作用的桩土应力比的一组解析算式,从而促进水泥土桩复合地基的理论研究。     

自平衡试桩荷载传递模型及荷载-沉降曲线转换方法改进研究-自平衡试桩荷载传递模型及荷载–沉降曲线

通过分析自平衡试桩数据,提出了注浆前后荷载传递函数模型。对自平衡荷载–沉降曲线转换方法中的“精确转换法”进行了改进,考虑了土体连续性对桩顶沉降的影响。通过工程实例验证了模型的合理性,进一步的分析表明：土体连续性对超长桩桩顶沉降影响较大,考虑土体连续性时的极限承载力比不考虑土体连续性时小,改进的方法偏安全。     

分层土中水平受荷超长桩侧移修正法

为研究超长桩在水平荷载下的侧移,引入水平集中荷载作用下双层弹性体系的基本解答,利用数值积分得到双层土的侧移解,基于数值模拟建立位移修正函数,提出分层土中水平受荷超长桩侧移修正计算方法。通过算例对分层土中超长桩侧移性状进行了分析并对该方法的正确性和可行性进行了验证。结果表明:利用侧移修正法计算超长桩在水平荷载下的侧移解,能较好地反映土的分层情况、土层刚度的影响、桩的基本特性及水平荷载的变化。在分层土中,桩身侧移量随着土层的相对弹性模量比E₂/E₁的增大而减小;随着浅层土厚增大而增大,但弹性模量比对侧移的影响程度大于浅层土厚的改变。该方法方便实用,可避免数值模拟带来的时间消耗和不易收敛问题。     

黄土地基中大直径超长桩受力特性的非线性有限元分析

基于通用有限元软件ANSYS对黄土地基中大直径超长桩受力特性进行探讨,通过改变桩长、桩径和桩土模量比等因素对其承载性能与沉降变形特性进行了研究。结果表明:黄土地基中大直径超长桩基的荷载-沉降曲线呈缓变型,没有明显拐点,且改变桩长、桩径和桩土模量比等因素对其曲线形式影响较小。桩长、桩径和桩土模量比的改变对其极限承载力的提高和减小沉降的能力有所不同,因此在设计超长桩基时需综合考虑桩土模量及合理的长径比。