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。     

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。     

轴压作用下带剪力键的钢管桩桩芯混凝土受力研究

在码头和桥梁结构中常在钢管桩的顶部设置剪力键,能够提高钢管桩与上部结构连接桩芯混凝土的承载力以及结构整体性。由于带剪力键的桩芯混凝土受力机制较复杂,国内外学者对其理论研究还不够完善。本文以带单个剪力键的钢管桩桩芯混凝土为研究对象,首先基于变形协调原理推导出了弹性范围内桩芯混凝土在轴压作用下的位移和应力公式,然后利用Gebman试验报告中的试验数据与理论计算值进行对比,验证了理论推导公式的合理性。最后将ABAQUS有限元建模得到数模值与理论计算值对比,结果表明:计算值与数模值变化趋势基本一致;理论推导公式更适用于1.0 m以内的小直径钢管桩;桩芯混凝土与剪力键接触位置上部0～0.1 m范围区域为应力敏感区,该区域应力变化显著且应力集中现象明显。     

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.     

钢框排架在风荷载作用下的动力响应分析

以某大型火电主厂房钢框排架结构为研究背景,采用ANSYS和MIDAS/GEN有限元软件建立了其脉动风速模型,分析了结构在静力风荷载和脉动风荷载作用下的受力状态,并分析结构在脉动风作用下的动力响应。结果表明:钢框排架的动力和位移时程响应表现出与脉动风荷载相似的随机性;考虑脉动风效应后,作用于结构上的风荷载峰值显著增大;脉动风作用下结构的最大位移和静力分析结果基本一致,等效静力风荷载作用于该结构产生的数值结果整体较实际情况偏大。     

波浪作用下后板桩高桩码头结构受力特性研究

以某海堤后板桩高桩码头工程为背景,采用ABAQUS有限元软件对波浪作用下,后板桩高桩码头地基土体模量变化对其结构受力的影响进行了分析。计算结果表明:后板桩高桩码头结构和土体的水平位移与土体模量之间存在明显的非线性关系,随着模量的增大,水平位移逐渐减小,位移的变化量也逐渐减小;码头钢筋混凝土结构的最大压应力和最大拉应力均主要集中在承台的下部,结构中的最大应力值随土体模量的变化较小;码头结构中4根桩的桩身水平位移曲线基本一致,在距桩顶约25 m处存在位移零点,且位移零点的位置基本不随土体模量变化。更多还原     

深基坑半刚性半柔性支护结构及力学特性分析

深基坑半刚性半柔性支护适用于建筑物密集，施工场地狭小的岩质深基坑支护。通过ＡＢＡＱＵＳ有限元软件对深基坑半刚性半柔性支护的作用机理及力学特性进行分析。分析得出，由劲性桩承受开挖步荷载并传至上部已施工的预应力锚杆及下部未开挖土体，保证了开挖过程中的基坑稳定性；劲性桩的弯矩及剪力数值计算结果很小，满足强度要求；半刚性半柔性支护与预应力锚杆柔性支护相比，基坑侧壁的水平位移和基坑外侧地表沉降显著减小，基坑侧壁水平位移变化更均匀，支护效果更优；与桩锚支护相比，变形形态相近，最大水平位移发生位置向下转移，最大水平位移值及最大地表沉降值均较小。     

考虑桩土相互作用的高桩码头非线性地震反应分析

采用有限元软件ABAQUS对高桩码头的地震反应进行了分析,考虑了桩-土动力相互作用、土体和桩板混凝土的动力非线性特征,分析了码头结构在不同地震作用影响下的相对位移、加速度、剪力和弯矩,确定了结构塑性铰出现的时刻和顺序,从而判明结构的屈服机制、薄弱环节以及可能的破坏类型,并在此基础上提出了设计建议.计算表明,桩的地震加速度响应随着高度的增加先增大后减小,桩身各点相对桩底的位移反应峰值从桩底到桩顶逐渐增大,桩身弯矩从桩底到岸坡面先增大后减小,在岸坡面以上,弯矩先减小后增大,最后在桩顶达到峰值,桩顶部的剪力最大.     

全直桩码头结构的横向静力弹塑性分析

以江苏某全直桩码头结构段为例,采用SAP2000软件对结构进行了横向静力弹塑性分析,讨论了不同水平加载模式、不同桩基刚度等因素对Pushover分析结果的影响,得到了基底剪力-顶点位移关系曲线、码头结构的屈服次序和位置及主要杆件内力等规律。结果表明：所选择的三种加载模式结构横向分析结果总体差别不大;横向排架桩基,最大弯矩发生在桩底和桩顶,塑性铰一般由陆侧向海侧发展;桩径的增大,可以减小结构的侧移,增大结构所能承担的极限水平荷载。     

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。     

海上淤泥区斜拉桥超长桩基自平衡法承载力试验研究

针对大型铁路、公路建设过程中对基础结构承载力的严格要求,为了探讨采用自平衡试桩法对承载大吨位、超长的灌注桩进行单桩竖向承载力检测的可行性,以 G228 国道浙江三门园里至宁海一市段跨海大桥工程为依托,计算了海上淤泥区超长桩竖向极限承载力。以旗门港特大桥、海游港特大桥的四个测试桩为典型案例,运用自平衡检测结果且结合相关规范,根据实测值绘制出上下桩段的Q-s 曲线、s-lgt 曲线和 s-lgQ 曲线,分析其上下桩段的极限承载力变化,并且根据等效转换原理作出桩顶加载 Q-s 曲线图,确定桩顶在极限荷载下的位移。结果表明: 采用自平衡法进行检测并建立加载曲线分析,成功解决了海上淤泥区斜拉桥超长桩极限承载力研究问题。进行研究的四个主墩测试桩在等效桩顶加载下,极限承载力均未超过设计容许承载力,最大位移分别为 16. 45 mm、16. 14 mm、10. 08 mm 和 8. 18 mm,满足施工要求。自平衡法技术在 G228 国道三门园里至宁海一市段跨海大桥施工中的成功运用可供同类工程施工参考。     

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。     

地震断裂带高铁大跨拱桥深基坑钢板桩围堰支护试验与监测

针对大跨度高速铁路拱桥建设对深基坑开挖施工的安全性要求,为了研究钢板桩围堰支护在大跨度高速铁路拱桥深基坑施工中的可行性,以新建徐盐高铁徐洪河特大桥工程项目为依托,通过数值模拟及现场试验监测,对深基坑钢板桩围堰支护在施工过程中的形变及受力情况进行分析。结果表明:通过有限元模拟分析,钢板桩围堰最危险受力点处于钢板桩中部、中上部及四角连接处,围堰第4道内支撑内力较其他3道内支撑大。整个施工过程中工况5为施工最不利工况。由监测结果可知,在施工过程中钢板桩单日最大位移值为2.8mm,最大累计位移值为24.0mm,均未达到预警值,施工过程中钢板桩形变稳定。钢支撑轴力受基坑周边荷载的影响明显,围堰钢支撑最大压力值为147.31kN,最大拉力值为24.95kN,未达到预警值,结构安全。研究结果可供同类型工程施工参考。     

单桩与带承台单桩承载性能的对比试验

为研究单桩和带承台单桩承载性能的差异,对单桩和带承台单桩进行了静载试验对比,试验结果表明,在刚性承台的作用下,带承台单桩桩身上部轴力的衰减较慢,产生了侧阻的削弱效应,摩阻力-位移关系曲线出现软化现象,但桩端阻力的发挥得到了增强;在相同桩顶荷载下,带承台单桩中桩顶的沉降量较单桩的桩顶沉降量大。     

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。     

跨海大桥悬臂浇筑施工菱形挂篮施工力学特性与施工技术

针对悬臂梁浇筑菱形挂篮施工过程安全问题,为了保证悬臂梁成功浇筑,以浙江G228国道三门县至宁海公路段海游港特大桥工程为依托,研究了跨海大桥悬臂梁浇筑施工菱形挂篮施工力学特性与施工技术。运用有限元软件Midas-Civil,建立悬臂端浇筑时菱形挂篮最不利荷载下有限元模型,分析其关键部位的变形、内力以及整体抗倾覆计算,并与实测变形值对比验证有限元模拟的可行性与正确性。结果表明:菱形挂篮施工过程中结构最大位移发生在支架前顶部,其值为14.6 mm,结构最大应力发生在后上斜杆顶部,其值为134.9 MPa,允许应力为215 MPa,控制变形在20 mm内,结果满足要求。挂篮施工中最大弯曲应力与切应力以及最大变形值均出现在前上横梁,其值分别为125.2 MPa、39.5 MPa和3.3 mm,允许弯曲应力与切应力分别为205 MPa与120 MPa,控制变形为L/400,分析结果满足规范要求。抗倾覆安全系数远远大于2,满足要求。现场检测悬臂梁最大变形值出现在中跨跨中,其值为18 mm,在控制范围内且与数值模拟值在同一数量级。研究成果可供类似工程施工参考。     

深填斜坡中基桩受力变形规律

高桩码头在我国西南地区港口建设中应用愈来愈广泛,码头基桩受桩后回填土作用容易发生水平变形,尤其是在深厚回填土情况下基桩变形更加严重,影响基桩的正常使用甚至安全稳定。结合斜坡基桩室内模型试验,通过建立深填斜坡中桩-土精细化数值分析模型,研究深填斜坡中回填土厚度及内摩擦角、桩截面尺寸等设计参数对基桩内力、变形的影响。研究表明:随着回填深度的增加,桩身位移分布由直线型逐渐变为S型,桩身最大位移由桩顶逐渐下移至回填区,回填土厚度越大,桩身受力越大。当回填土材料的抗剪强度逐步提高时,能有效控制桩身变形,但当回填土抗剪强度提高到一定值后,桩顶位移基本保持不变,提高回填土抗剪强度对控制桩身变形的作用有限。支护桩径较小时,桩身呈S型变形,增大桩径,桩身弯曲变形减小,但过分使用大直径基桩反而使桩顶产生较大位移。同时提出了深填斜坡h型双桩优化支护方案,为内河港口码头桩基设计建造提供技术支撑。     

海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

软土地基水闸底板有限元分析的桩基模拟方法

传统分析方法中,采用等参单元模拟软土地基群桩基础的方法既不经济且夸大桩的刚度,为能对桩基进行合理高效地模拟,本文提出了一种考虑桩、土及底板相互作用的内置桩单元法。采用梁单元位移模式,根据桩单元节点在土或底板等参单元中的局部坐标,建立桩单元包含转角的节点位移与土或底板节点位移之间的关系,进一步代入到有限元整体控制方程中求解。结果表明,通过本文建立的位移转换模式,可以利用梁单元对考虑复杂的桩、土和上部结构相互作用情况的桩基进行模拟,在保证精度的同时简化了建模步骤,降低了对网格密度的要求。研究表明,采用本方法可以验证软土地基上水闸底板受力分析时桩基础用梁单元位移模式模拟的合理性和有效性,为软土地基上桩基的快速分析计算提供了一种新方法。