竖向荷载下桩筏基础通用分析方法

根据已有的竖向荷载下刚性板桩筏基础分析结果提出了一种竖向荷载下桩筏基础的通用分析方法。桩筏基础分析中考虑了4种相互作用,分别为桩–土–桩、桩–土–板、板–土–桩和板–土–板相互作用。筏板分析采用有限单元方法,以厚薄板通用四边形等参单元进行分析。该方法可以分析由任意桩长、桩半径和刚度特性的桩群以及任意厚度和几何外形的筏板组成的竖向受荷桩筏基础。应用该方法不需要划分桩土体单元,其分析复杂程度基本等同于弹性地基板基础,且分析过程简洁。通过与各种方法的比较证明该方法是合理可行的,精度上也满足要求。     

PCC桩复合地基褥垫层作用数值分析

褥垫层是PCC桩复合地基的重要组成部分。通过有限元数值模拟,探讨了PCC桩复合地基褥垫层刚度、厚度对桩土应力比以及沉降量的影响,得出桩长方向桩土应力比的分布规律。刚度和厚度是影响褥垫层流动调节能力的主要因素,随其刚度的增加或厚度的减小,桩土应力比增大,沉降减小。从桩顶到桩底,桩土应力比先增大后减小,验证了桩侧负摩阻区的存在,并分析了褥垫层刚度、厚度对该桩土应力比分布以及负摩阻区范围等的影响,得出了一些有益的结论。     

竖向荷载下群桩变形性状及沉降计算

本文介绍粉土和软土中不同桩距、不同桩长原型与模型群桩竖向荷载下变形试验研究成果。试验结果表明，均匀土层中群桩变形性状随桩距而变化。桩间土压缩变形所占比率随桩距增大而增大，桩底平面以下整体压缩变形和压缩层深度随桩距增大而减小，桩沉降的相互影响比线弹性理论值小得多。建议等代墩基法中的墩底面应根据桩距、桩长、持力层性质设定。本文还对弹性理论法中的相互影响系数和沉降比的理论值进行了修正。     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀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。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

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。     

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。     

不同桩长对无持力层刺入工况下刚性网格–桩加固路基的影响

 根据刚性桩复合地基和桩承式路堤在有持力层刺入工况下的薄弱部位,分析刚性网格–桩复合地基中张拉网、刚性网格和附加桩对薄弱处的加固作用,研究有、无持力层刺入2种工况下刚性网格–桩复合地基受力和变形在不同桩长影响下的变化特征,对刚性网格–桩复合地基是否适用于无持力层工况进行可行性探讨。研究结果表明：在无持力层刺入工况下,刚性网格–桩复合地基大部分边桩弯矩和剪力较大,当桩长缩小,其分布区域向路堤中心方向扩散;当桩长增加,大部分桩桩体荷载比增大,边桩弯矩及剪力、路堤沉降和路堤外侧竖向变形减小;可通过增加桩长,利用PTC管桩放宽中桩截面,减小附加桩桩径,使刚性网格–桩复合地基实现优化并适用于无持力层刺入工况。     

搅拌桩复合地基桩土应力比的探讨

桩土应力比ｎ值是反映复合地基桩土共同工作的一个重要参数。本文对搅拌桩复合地基的桩土应力比作了分析。说明桩土应力比随桩的弹性模量、桩长、桩侧土剪切刚度的增大而增大，同时也随土的抗压刚度、土的抗剪强度的增大而减小；桩土应力比ｎ值随荷载的增大而增大，亦随基础沉降的增加而增大；桩土应力比存在一初始值ｎ。     

超长群桩竖向承载特性的有限元分析

采用三维有限元程序对竖向荷载作用下超长群桩的承载性状进行分析。土体本构关系采用Dun-can-Chang双曲线非线性弹性模型,桩、承台采用线弹性模型,桩土界面采用刚塑性无厚度接触面模型。讨论了承台、桩底地层条件、桩长、桩距、桩数等对超长群桩承载形状的影响。得到了超长群桩承载形状的一些规律,对实际的工程实践具有一定的指导意义。     

基于二维弹性变形的碎石桩复合地基固结分析

 首先对超静孔压影响下的复合地基二维弹性变形性状进行分析,给出复合地基土体和桩体的体积应变、应力及位移等的解析表达式;然后,基于二维变形分析的结果,给出考虑外部荷载瞬时施加、土体内径竖向组合渗流以及扰动区土体水平向渗透系数3种变化模式的复合地基固结解;最后,对二维变形条件下的复合地基固结性状进行分析。分析结果表明：(1) 考虑二维变形特性的复合地基固结解给出的固结度小于同等条件下只考虑一维变形的复合地基固结解答给出的固结度;(2) 本文解给出的复合地基桩–土应力比随着地基固结逐渐增大,但和以往一维变形解预测结果不同的是,其值增大到一定程度即停止增长,并不会增大到桩–土压缩模量比之值;(3) 跟传统一维变形解不同,本文考虑二维变形的复合地基固结解给出的桩–土应力比在初始时刻并不等于0。     

超长桩与土共同作用性状非线性有限元分析

目前超长桩的设计计算建立在普通桩的理论基础上,没有符合超长桩工作性状的计算模型。论文建立超长桩-土的三维非线性分析模型,通过无厚度的接触面单元模拟超长桩、土之间的非线性接触特性,采用Duncan-chang弹塑性本构模型描述土的非线性特性,同时用混凝土的非线性本构模型,编制相应的计算程序,对超长桩的桩土共同作用性状进行非线性数值计算。得到桩-土接触面上的侧阻应力分布、桩端位移以及桩周土体的塑性变形发展情况及趋势,其数值计算结果与实测结果一致。结果表明:超长桩具有桩侧阻力软化以及桩端、桩侧阻力异步发挥的特性,该点明显不同于普通桩。     

长短桩桩基础与其它类型基础的比较分析

采用三维弹塑性有限元方法对全短桩、全长桩、长短桩复合地基和长短桩桩基础进行了比较分析。筏板分析采用弹性薄板理论,土体采用莫尔-库仑弹性-理想塑性模型,桩体采用线弹性模型,桩土之间接触面采用非线性弹簧模拟。针对不同基础类型,从沉降性状和桩顶荷载大小以及长短桩的桩身轴力分布规律方面进行了比较分析。得出长短桩桩基础的平均沉降小于全短桩基础和长短桩复合地基,但仍大于全长桩基础。长短桩桩基础中长桩的中性点位置比长短桩复合地基的要深一些,受到的负摩阻力稍大些。长短桩桩基础中短桩作用发挥要比长短桩复合地基的短桩充分,而且其长桩的最大桩身轴力相比也小。     

桥梁桩基础有限元模型构建思路与应用

为了实现利用通用有限元程序建立桩基础有限元模型进行内力计算的目的,本文以桥梁基础规范的计算理论为指导,介绍了桩基础模型构建的思路。首先根据弹性地基梁理论,提出了用梁单元模拟基桩,把土对基桩的作用用一系列水平土弹簧和两个竖向土弹簧来模拟,并推导了土弹簧刚度的计算公式及公式中有关参数的取值方法。提出多排桩承台与桩顶连接方式的模拟,一定要能正确反应承台底面中心和桩顶的变位关系式。最后,通过一个双排桩实例来介绍这种建模方法的应用,并将模型计算结果与手算结果进行比较,发现两者误差较小,范围不超过1%,从而验证了桩基础的有限元模型构建思路是正确的。     

微型钢管灌注桩的竖向承载性状研究

微型钢管灌注桩属于微型桩的一种,经常用于建筑物的基础加固工程。基于广州市白云区金沙洲某基础加固工程的微型钢管灌注桩静载试验成果,利用ABAQUS有限元软件建立钢管–核心混凝土–土–岩共同作用模型,探讨了基岩模量、嵌岩深径比、钢管壁厚等因素对微型钢管灌注桩承载力的影响。静载试验的数值模拟表明:对于上覆土层为软土的情况,微型钢管灌注桩虽是超长桩,但桩端阻力仍是承载力的主要部分;桩的承载力随基岩的弹性模量增加而增加,但并非线性关系,其增长趋势最终变缓;桩的竖向承载力随钢管壁厚增加而线性增加;嵌岩深径比对桩的竖向承载力基本没有影响。     

双排桩支护结构的工程应用与性能研究

采用有限单元软件Plaxis,建立了平面应变非线性弹性有限单元模型,对双排桩围护结构进行了数值模拟,探讨了桩间止水帷幕、被动区土体搅拌桩加固、前后排桩排距对围护结构内力和变形的影响,得到了双排桩式围护结构设计的一些有益结论。     

深厚软土超长预应力高强混凝土管桩轴向受力性状的试验研究

通过在管桩的钢筋笼里面添加带应变计的附加钢筋,对珠海保税区深厚软土地基中超长预应力高强混凝土(PHC)管桩进行了轴向静载试验和桩身轴力的测试,探讨了深厚软土地基中超长PHC管桩的竖向承载特性和荷载传递机理。结果表明在深厚软土地基中,超长PHC管桩表现出端承摩擦桩的承载性状,因此应当选择压缩性较小的土层作为持力层;超长PHC管桩的桩端土刚度对桩侧摩阻力的发挥有极大的影响,提高桩端土刚度对桩侧摩阻力有明显的增强作用;适当地增加桩长可以提高桩基的极限承载力;在长细比较大的超长PHC管桩设计中,除了从极限承载力和桩顶沉降来考虑外,还应该注意桩身强度的影响;同时,在沉降计算中,要充分考虑桩身压缩引起的沉降。该试验方法和试验结果对今后PHC管桩的研究和设计应用具有重要的指导意义。     

承台底土阻力群桩效应系数有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法，对复合桩基承台底土阻力群桩效应系数进行了分析；根据分析，编制了相应的有限元程序：应用该程序研究了承台宽与桩长之比、桩距、桩数、土类等对承台底土阻力群桩效应系数的影响。结果表明，(1)承台底土阻力及其群桩效应系数随承台宽与桩长之比、桩距增大而增大，随桩数增多而减小：(2)承台底土阻力群桩效应系数与土类有关。     

考虑空间效应的深基坑双排桩支护结构计算模型

建立一个考虑空间效应的深基坑双排桩支护结构计算模型。该模型具有如下特点：可计算基坑某一长度范围内每根桩顶处的冠梁刚度系数,给出冠梁的弯矩、位移分布;通过杆系有限元法计算任意开挖深度情况下桩身的内力和位移;可考虑任意排距（包括排距为零,即退化为一排桩）以及前排桩、后排桩长度不相同等情况下桩身的内力和位移。基于这一模型,编制了设计计算软件。计算结果表明：在基坑边壁中点处冠梁水平位移大于其它位置的位移,且随开挖深度的增大位移逐渐增大;在支护结构桩顶部,冠梁的作用限制了水平位移的发展,而支护结构桩的中部则有较大的位移;此外,随冠梁刚度系数的增大,桩体的水平位移明显减小,而弯矩则增大。计算结果与现场实测资料对比表明,两者变化规律具有较好的一致性。     

水平荷载下桩侧土体位移分布的弹性解及其工程应用

首先基于桩土共同工作理论推导出水平荷载作用下桩侧土体内的位移与应力径向分布的弹性解析解;然后,根据变形模量与位移的近似关系确定桩侧地基土体内的变形模量分布,并通过一定范围内的加权平均获得地基土的加权模量,再由有限层法获得地基加权刚度,由此可近似考虑土体的分层与非线性特征。在此基础上,用VB6.0编制出改进的水平受荷桩有限元—有限层计算程序。最后,结合某工程实例,采用所编制的程序讨论了不同桩侧地基土体变形模量分布模式对桩身内力分布的影响规律,对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元—有限层法能更合理地分析水平受荷桩。