软黏土中深埋矩形基础极限承载力探索

主要研究了软黏土中矩形基础宽长比、深宽比对极限承载力的影响。研究范围涵盖薄板(宽长比低至0.025)在高深宽比(深宽比达150)时极限承载力。工作基于小变形有限元方法。首先通过与已有相关研究成果比较,验证采用的有限元模型可靠性。在此基础上,计算不同宽长比及不同深宽比矩形基础在软黏土中的极限承载力。进而提炼出一个可计算不同宽长比、不同深宽比矩形基础极限承载力的简易公式。使已有的计算矩形基础极限承载力经验公式适用范围得到扩展。     

以明特林(Mindlin)公式为根据的地基中垂直应力的計算公式

在計算基础的沉陷时,首先必须算出地基中所受之应力。到目前为止,一般都以鲍沁乃斯克(Boussinesq)和弗拉蒙(Flament)的解答为根据,而导出分佈荷载的公式例如勒浮(Love)公式来进行计算。这两个解答是假定荷载是作用在弹性半空间体的表面上(地面上)的条件而导出的。可惜,一般基础都深埋入地基中有某一深度(砌置深度),这与以上的假定就有显著的出入,美国学者明特林(Mindlin)在1936年已导得半无限体內受集中力作用所引地基中应力的公式。但以后土力学工作者对明特林公式的研究和发展是不够的。由于日今計算沉陷量一般远较观察沉陷量为大,而以鮑氏公式算得的垂直应力比明特林公式的垂直应力大得多,故也可以从应力计算的方法上去找到计算沉陷量太大的部分原因。因此进一步研究明特林公式乃是有必要的。本文即以明特林公式为依据,推导出矩形面积均佈荷载下的应力公式,矩形面积三角形荷载下的应力公式,条形面积均佈荷载下的应力公式,条形面积三角形荷载下的应力公式,圆形面积均佈荷载下的应力公式等等。     

简化弹性理论法求解单桩沉降

利用位移协调法结合柔性桩的弹性压缩，分析了单桩的沉降计算公式，对Geddes应力公式中位移影响系数进行了简化计算，提高了单桩沉降量的计算精度。     

软土地区桩基础沉降计算实用方法和公式

基于筏-桩-土相互作用理论的计算分析,给出了软土地区的桩基沉降计算实用方法和公式,包括桩筏基础的平均沉降、差异沉降和基础板纵向整体弯矩,减少沉降桩基础的沉降以及柔性桩(如水泥土搅拌桩)基础的沉降公式,大大简化了桩基沉降的计算,并可得到较合理的计算结果.     

类矩形盾构施工引起地下管线竖向位移计算方法研究

为研究类矩形盾构不同施工工况引起的土体沉降,基于随机介质理论推导得到不同工况下的深层土体沉降公式,建立能量变分法控制方程,得到4种典型工况下类矩形盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。通过算例对比分析4种工况下管线竖向位移的分布规律,验证了结果的正确性,并分析了管线埋深、土质条件和管线材质对管线竖向位移的影响。研究结果表明:该研究方法计算所得管线的竖向位移呈现正态分布;旋转工况下管线竖向位移关于隧道中轴线呈不对称分布,管线竖向位移在盾构下沉侧比上浮侧变化快;土质条件和管线材质对管线的竖向位移有较大影响,管线埋深对管线竖向位移的影响则相对较小。     

地基沉降量计算的规范法与分层总和法的对比分析

根据hooke定律,推导出地基沉降计算中平均附加应力系数的计算公式,并与附加应力系数进行了对比,导出矩形基础均布荷载条件下的平均附加应力系数公式,平均附加应力系数的物理含义是附加应力系数的对地基深度的积分平均值,其在数值上大于等于附加应力系数。计算地基沉降量时,规范法应用附加应力的积分平均值,分层总和法应用附加应力的算术平均值,分层时两者都要求地基土层压缩模量不变。     

盾构隧道开挖引起地层位移计算理论的对比与修正

隧道开挖引起的地层位移历来是学术界和工程界所关注的热点问题。首先,阐述了盾构隧道开挖引起地层位移的传统计算理论,对国外5条经典盾构隧道实例进行了计算和对比,分析结果表明:Peck经验公式、Yoshikoshi法和Celestino法拟合精度均较高;Loganathan和Poulos法计算得到的最大沉降值略小于实测值;Sagaseta法与Verruijt和Booker法的计算结果几乎相同,最大沉降量均明显偏低;Park浅埋法计算结果与实测值较为吻合。其次,基于多条盾构隧道的地表沉降实测数据,得到了地表沉降槽宽度系数is的修正拟合公式,该公式表明:is与隧道的开挖半径R、埋深h和土质条件(土体内摩擦角φ)有关,且与R+h tan(45°-φ/2)呈线性关系;此外,对多组盾构隧道深层土体沉降实测数据进行统计分析,获取了深层土体沉降槽宽度系数iz的修正拟合公式,该公式表明:iz与地表沉降槽宽度系数is之比iz/is,同该土层深度hz与隧道上覆土层厚度T之比hz/T之间呈对数函数关系。实例对比分析结果表明:地表和深层土体沉降槽宽度系数修正拟合公式均能较好地预测地层变形。     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

均布荷载矩形群基础任意点沉降计算的Excel实现

以Excel为工具,使用解析公式计算矩形基础角点平均应力系数,利用符号函数将任意点平均应力系数的条件计算式转化为非条件计算式,采用应力承载比及等价压缩模量的曲面拟合公式计算规范沉降修正系数,从而使用Excel工具进行沉降计算不再需要人工查表插值,实现了均布荷载矩形群基础任意点沉降的自动计算。     

矩形基础竖向振动分析

本文就作用在半空间表面的圆形均布谐和荷载的圆心位移提出精确解,此解适用于任何泊松比值。得到了矩形基底内外点竖向位移及基底平均位移的计算式。由有关公式所得结果均以图及表格给出。为验证本文方法的可用性,将所得结果与现有的其他方法的结果作了对比。对矩形基础振动的质量-弹簧-阻尼器模型的参数确定问题也作了简短的讨论。     

偏心受压矩形钢管混凝土短柱承载力研究

研究了偏心受压时矩形钢管混凝土中受压区钢管对混凝土的紧箍力计算方法,根据莫尔强度准则导出了受压区混凝土强度的计算公式,并以极限平衡理论为基础,推导了偏心受压矩形钢管混凝土短柱承载力的计算公式;制作了10个相同含钢率的矩形钢管混凝土短柱,按不同的偏心率进行加载试验,测出其极限承载力,并将计算结果和试验结果进行了比较,结果吻合较好.     

高层建筑深基础沉降计算的黏弹性分析

研究假定土体为线性黏弹性介质,其在内部力作用下的应力球张量和应变球张量间符合弹性关系,而应力偏张量和应变偏张量间符合三参数固体黏弹性应力应变关系。基于半空间体内部受竖向集中力的Mindlin弹性解,根据弹性-弹黏性相应原理,推导了竖向集中力作用在半无限体内部时的竖向位移黏弹性解。通过对位移解进行Laplace逆变换,给出了竖向位移的时域解。作为解答的应用,推导了三参量固体黏弹性半无限体内部矩形面积上作用有三角形分布、均匀分布荷载时的黏弹性沉降计算式。将深基础视为一等代实体墩基础,建立了置于非均匀地基中的桩基础黏弹性沉降计算方法。为了便于计算与工程应用,根据黏弹性理论解编制了计算程序。结果验证与实例分析表明,文中理论解是正确的,研究结果为工程实际应用提供了理论依据。     

塔吊偏心设置时桩基础桩顶作用效应分析

工程建设中,将塔式起重机基础与地下室筏板永临结合,使用既有的结构桩作为塔式起重机的基桩,是一种经济高效的设计方案。为准确分析矩形承台上偏心设置的塔式起重机对桩基础的桩顶作用效应,理论推导了新的计算公式,分析了塔吊转动时桩顶受力的变化规律。通过简化的ABAQUS实体有限元模型与理论公式的结果进行对比,验证了理论公式的准确性。现行规范JGJT 187—2019《塔式起重机混凝土基础工程技术标准》的公式仅在桩基础承台接近正方形时适用。对于长宽比较大的矩形承台,使用本文提出的理论公式计算基桩的桩顶作用效应更为准确安全。     

突涌时基坑底板临界厚度的计算

运用弹性薄板理论,对在施工中发生突涌的基坑进行了分析研究,推导出矩形基坑发生破坏的判别式,得出了矩形基坑底板突涌的相关结论,指出矩形基坑施工在边缘和中心部位应加强保护,以解决基坑的突涌问题。     

矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度,根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响,确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20～150、钢材屈服强度为275～960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析,以界限宽厚比为控制点,根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件;屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性;与无面外约束钢板相比,混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%;提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好,有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%,标准差为0.091。     

Post-buckling strength of rectangular concrete-filled steel tube panels

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度，根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响，确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析，以界限宽厚比为控制点，根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件；屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性；与无面外约束钢板相比，混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%；提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好，有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%，标准差为0.091。     

桩-网复合地基应力比分析与计算

简述了桩 网复合地基的组成和工作原理 ;在“网 桩 土”体系的共同作用下 ,基于网单元的受力平衡条件 ,推导出了路堤荷载下桩土应力比计算式 ;结合算例 ,对桩土应力比与桩间距 (置换率 )、上覆路堤荷载水平、工后沉降量、桩间天然土的承载力、网的刚度等各主要影响因素之间的关系进行了系统的分析 ;研究表明 ,本文桩土应力比计算式具有良好功能和合理性 ,可用于桩 网复合地基的设计与计算     

柔性基础下碎石桩复合地基桩土应力比及沉降计算

深入研究柔性基础下碎石桩复合地基受力变形机理,考虑到碎石桩复合地基桩体侧向鼓胀及桩体的整体性,在径向位移模式分析中引入横截面剪应力的影响,并由此建立了碎石桩鼓胀段荷载传递模式。然后,结合桩身荷载传递规律,导出了柔性基础下碎石桩鼓胀变形的控制微分方程,获得了柔性基础下碎石桩复合地基桩土应力比及沉降。最后通过实例和数值模拟分析,表明该方法具有较好的合理性与可行性,参数分析表明,增大桩土模量比和减少置换率会提高桩土应力比,荷载水平则会影响径向鼓胀变形的程度。     

盾构穿越已建隧道影响的理论分析方法

结合工程实例,用Mindlin解析解探讨了盾构掘进过程对已运营隧道的影响,用镜像法理论基础上提出的半经验半理论公式对已建隧道处土体位移对盾构埋深的敏感性进行了分析,基于弹性地基梁理论,计算了已建隧道因盾构穿越引起的结构内力。     

柱下独立基础冲切高度计算系数的探讨

本文对《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中提出的矩形截面柱的阶形基础在柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力计算公式进行了改进,使之成为形式非常简单、计算十分方便的一个表达式,只要将基础底板的外伸长度(S1)乘以冲切高度系数(λ)便可得到基础的有效高度(h0).即使在CAD技术得到非常广泛应用的今天,此法仍可在初步设计阶段、施工图校审阶段以及在施工等阶段发挥较好的作用.