静钻根植竹节桩荷载传递机理模型试验

针对静钻根植竹节桩这种新型组合桩基的荷载传递机理的问题,在模型槽中进行竹节桩的模型试验.通过埋设在竹节桩表面与水泥土中的应变片及桩底的土压力传感器对加载过程中桩身、桩端以及水泥土中的应力进行测量.模型试验结果表明:桩侧水泥土与桩端水泥土在荷载传递过程中所起作用不同,靠近桩端水泥土处桩侧水泥土中应力较大,在实际工程中需要提高该区域水泥土强度;模型试验测得的水泥土与桩周土极限侧摩阻力比现场试桩水泥土与桩周土的极限侧摩阻力大,在实际工程中搅拌水泥土时应提高搅拌均匀性以增加桩侧摩阻力;可以用传统桩基沉降计算公式计算静钻根植竹节桩的桩端沉降.     

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.     

静钻根植能源桩技术及其应用

能源桩作为一种浅层地温能利用的建筑节能技术,是建筑运行阶段减少碳排放的主要途径之一.结合静钻根植桩的特点,提出静钻根植能源桩技术及施工工艺.结合实际工程,开展静钻根植能源桩的短期工况和长期工况热力试验,分析桩身温度变化、性能系数、桩身轴向附加应力和桩侧附加摩阻力等变化规律.试验结果表明,桩身温度随时间逐渐升高,而性能系数随时间的推移逐渐降低,并最终稳定于一恒值.桩身轴向附加应力和桩侧附加摩阻力的发挥性状受桩顶、桩端约束条件的制约.短期工况试验中,桩身轴向附加应力呈中间大两头小的分布形式,桩侧附加摩阻力分布存在一个零点;长期工况下,桩身轴向附加应力呈现两端大中间小的分布形式,桩侧附加摩阻力分布规律与时间、温度和约束条件等因素有关,桩身从一个零点逐渐演变为3个.研究结果可为能源桩技术的进一步推广应用提供理论参考.     

考虑软土超固结的静钻根植能源桩模型试验

为研究静钻根植能源桩在不同固结状态软土中的承载特性,基于能源桩模型试验系统,对比测试了模型桩在正常固结土和超固结土地基中的热力响应.结果表明,热量在桩周土层中的扩散程度随着与热交换管(热源)距离的增大而减小;土层的超固结状态影响土层中孔隙水压力的产生与消散,相比于正常固结土,超固结土层中孔压消散速率更慢;桩周软土在升温后的竖向变形首先表现为回弹,随后变成沉降,超固结土回弹明显,且随后的沉降量更小;桩身附加温度应力呈先增大后减小的趋势,超固结土下的桩身最大附加温度应力位置高于正常固结土,且升温产生的负摩阻力较小.静钻根植能源桩的承载特性与软土超固结状态密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性.     

成层广义Voigt地基中粘弹性桩纵向振动分析与应用

研究了考虑身材料阻尼、桩侧土采用广义Voigt模型条件下，成层土中不均匀桩（截面面积或材料性质在桩长方向上存在突变）的纵向振动特性，求得了瞬态半弦脉冲荷载作用下，桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解，分析了桩身材料阻尼及不同土质的桩侧土层分界面对桩顶时、频响应曲线的影响，得到了许多新的结论，终将所得理论结果与实际工程桩及预制模型桩的实测曲线进行了拟合对比，结果表明，本文得到的理论成果相比于已有成果能更好地反映客观实际。     

均质土体中部分埋入桩纵向振动响应研究

基于土体的运动方程,研究了均质各向同性土体中部分埋入桩的纵向振动问题.利用拉普拉斯变换,求得了土体纵向振动位移形式解.根据桩土系统衔接条件和边界条件,得到了桩段1顶部阻抗函数的拉普拉斯变换域解.根据阻抗函数递推原理,傅里叶逆变换和卷积定理,求得了桩顶速度导纳的解析解和半正弦脉冲作用下桩顶速度时域响应的半解析解.最后,通过参数分析研究了桩土系统主要参数对桩顶动力响应的影响.结果表明,上部桩段长度对桩顶速度导纳和速度时域响应有着明显的影响.     

竹节桩在设计院科普楼工程中的应用

通过竹节桩在实际工程中的应用,对单桩竖向承载力进行了试验研究.介绍了该种桩的构造特点并给出了单桩竖向承载力经验公式,供工程设计人员参考.     

非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

自由振动时带承台单桩的纵向动力特性

基于广义Voigt模型,在考虑桩身材料阻尼情况下,研究带承台单桩的竖向自由振动问题.根据阻抗传递法推出桩顶阻抗,将所求得的桩顶阻抗作为支承刚度代入承台的自由振动微分方程中,运用Laplace变换及逆变换推导得到承台自由振动位移在时域范围内的半解析解.采用参数研究方法,分析桩径、桩长、桩身材料阻尼以及不同性质的桩侧土层对带明置承台单桩自由振动特性的影响;将所得解与工程实测曲线进行对比,结果表明：得到的理论计算结果与工程实测数据较接近,理论方法能够反映工程实际.     

方桩-水泥土接触面摩擦特性试验研究

通过一系列三维桩土接触面剪切试验,研究方桩–水泥土接触面的摩擦特性,主要研究方桩边长、水泥土龄期对接触面摩擦特性的影响.研究结果表明,方桩–水泥土接触面最大桩顶荷载随着方桩边长的增加而呈现先增大后减小的趋势,方桩–水泥土接触面最大桩顶荷载随着养护时间的增加而增加.方桩–水泥土接触面的最大侧摩阻力随着方桩边长的增加而减小.方桩边长的增加,即水泥土厚度的减小,使得方桩–水泥土接触面的破坏模式由渐进破坏转变为脆性破坏.方桩–水泥土接触面最大侧摩阻力随着养护时间的增加而增加,即最大侧摩阻力随着水泥土强度的增加而增大.在剪切试验过程中,方桩角点处出现应力集中,不利于方桩–水泥土接触面摩擦特性的发挥.     

桩的一维纵向振动问题的交叉网格有限差分法数值计算

为了弥补常规划分网格差分法计算精度较低的不足,文章假设桩为一维线弹性直杆,根据桩土系统动力学模型,提出了不均匀土中非完整桩在瞬态纵向激振力作用下振动的数值计算模型,并用交叉网格有限差分法计算了桩的纵向振动,最终得到桩顶的理论速度时域曲线。计算结果表明,采用交叉网格有限差分法具有比常规的差分法更高的计算精度,与实测结果具有较好的一致性,可对各种非完整桩进行正演计算同时为实测曲线的反演提供依据。     

横向惯性效应对楔形桩纵向振动阻抗影响的比较分析

针对成层地基中楔形桩的纵向振动问题,在桩端黏弹性支承条件下对基于Rayleigh-Love杆模型和一维黏弹性体模型推导得到的桩顶复阻抗进行了比较分析,并采用参数研究方法,在桩基设计关注的低频范围内比较分析横向惯性效应对桩顶复阻抗的影响.结果表明：楔形桩其它设计参数不变时,桩长越短、楔角越大、剪切波速越小,横向惯性效应越明显.泊松比的变化对横向惯性效应的影响不大.     

径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

为分析施工扰动对管桩纵向振动特性的影响,发展建立了基于复刚度传递径向多圈层平面应变模型黏性阻尼土中管桩-土体纵向耦合振动模型.利用拉普拉斯变换和径向复刚度传递,得到桩芯土与桩身界面处的复刚度,并利用桩土界面上位移连续、力平衡条件推导得出桩顶动力阻抗的解析解,通过进一步参数化分析分别探讨桩长径比、桩内外径比、桩身弹性模量、土体黏性阻尼系数、桩周土施工扰动程度和扰动范围对桩顶纵向振动特性的影响规律.结果表明:管桩桩长增加使得桩顶动力阻抗曲线振幅和共振频率降低;桩芯土体对桩体可以起到减震作用;桩顶动刚度和动阻尼曲线振幅随施工引起桩周土软(硬)化程度增加而减小(增大);管桩桩顶动力阻抗振幅水平随施工扰动引起桩周土体软(硬)范围增加而增大(减小),此种影响仅在近桩小范围内较为明显,超出该范围即大幅衰减至稳定;当施工扰动较明显时,在管桩纵向振动特性分析中宜考虑此种桩周土体径向非均质性的影响.     

锤击桩纵向振动半解析解

建立了成层土中桩的受力模型,利用桩与土的相互作用,在Laplace变换和矩阵理论的基础上推导了桩顶在任意荷载作用下,桩的纵向振动半解析解.在把外部载荷简化为半正弦波载荷的情况下,利用该方法计算了桩中不同点处的位移响应,并将计算结果与实测结果进行了比较,从而证明了该方法的可行性.     

嵌岩桩沉渣特性对桩顶动力响应的影响

基于虚土桩模型,运用Laplace积分变换和阻抗函数递推方法研究了纵向任意激振力作用下沉渣特性对成层土中嵌岩桩桩顶动力响应的影响.将桩端沉渣模拟为虚土桩,对桩侧土采用平面应变模型,并考虑其成层特性,结合初始条件和桩顶及沉渣底部的边界条件,求得在桩顶任意激振力作用下,考虑沉渣影响的桩顶频域响应解析解及时域响应半解析解.基于理论解,分析了沉渣特性对桩顶动力响应的影响,并将理论计算结果与工程桩低应变反射波法实测曲线进行了拟合对比,结果表明,基于虚土桩模型的理论解能较好地反演出沉渣特性对桩顶动力响应的影响.     

基于桩身三维效应下的大直径桩纵向振动理论分析和数值模拟

考虑桩身三维效应的影响,进行大直径桩的纵向振动研究。首先建立考虑三维波动效应的大直径桩与土体耦合振动模型,得出此模型的耦合振动方程。结合初始条件和边界条件,求解得到桩顶频域响应解析解,并通过卷积定理和傅里叶逆变换得出其时域响应半解析解。接着进行本文模型与Rayleigh-Love杆模型及Euler-Bernoulli杆模型的对比研究,论证本文模型的合理性。通过建立有限元数值计算模型,进行了理论解与数值解的对比分析,两者计算结果较接近,变化规律一致,相互验证了两种模型建立的正确性。最后,分析桩土参数对大直径桩动力响应的影响,得到了各参数对大直径桩振动响应的影响规律,可为大直径桩基础抗震防震设计、完整性检测等提供理论依据。     

材料及结构参数对基桩非线性纵向振动的影响

假设嵌岩桩桩身材料满足非线性弹性和线性粘弹性本构关系，桩周土为有阻尼非线性弹性土体，从而导出了分析基桩非线性纵向振动的偏微分方程；用Galerkin方法对方程进行简化，对简化后的系统进行了数值模拟计算，得到了一种典型参数情形时基桩运动的时程曲线、相平面图、功率谱图、Poincare截面图及分又混沌图，考察了各种材料及结构参数对基桩非线性纵向振动的影响。     

三维非均质土中粘弹性桩-土纵向耦合振动响应

在考虑土体三维非均质性情况下,对变截面粘弹性桩的动力特性进行研究。首先,结合边界条件,利用复刚度传递平面应变土体模型求得纵向不同性质桩侧土层的复刚度,进而对各段变截面桩身从下往上逐段推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩基振动的频域响应解析解;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应半解析解;最后,研究分析桩土参数对桩顶动力响应的影响,得到了桩顶频域和时域响应的规律性,为桩基础的抗震设计和桩的完整性检测工作提供新的理论依据。     

黏弹性地基中楔形桩水平振动特性研究

为完善楔形桩的水平振动理论以便更好地使用,基于Timoshenko梁模型,研究黏弹性地基中水平简谐激振力作用下的楔形桩水平振动问题。首先,分别采用Winkler地基模型和Timoshenko梁模型模拟黏弹性地基和楔形桩,建立楔形桩-土系统横向耦合振动模型。进一步采用分离变量法和传递矩阵法推导得到楔形桩桩身水平位移、弯矩和剪力的解析表达式,并基于所得解详细讨论桩土设计参数对楔形桩空间响应和时间响应的影响。最后,将本文解与Euler梁模型的解进行比较,分析两种模型解的差异。结果表明:桩顶部的动力响应受楔角改变的影响很小;整个桩体的动力响应基本随桩土刚度比的增大而明显增大;随着无量纲频率的增大,桩身水平位移逐渐减小;虽然Timoshenko梁模型与Euler梁模型在小长径比下存在一定差异,楔角对两种模型造成的影响基本相同。     

旋转黏弹性夹层梁振动特性及响应研究

对旋转黏弹性夹层梁的振动特性和响应进行了分析。基于Kelvin-Voigt黏弹性本构关系及几何大变形理论,建立了旋转黏弹性夹层梁的振动方程,用Galerkin法将偏微分方程化为常微分方程,给出了系统的固有频率和响应的表达式。用数值方法讨论了黏弹性夹层厚度、转速和轮毂半径对梁固有频率及响应的影响。研究结果表明,固有频率随转速增大而增大,随夹层厚度增大而减小,随轮毂半径的增大而增大,梁端点的振动周期随转速增大而减小。