层状地基中基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法

基于虚土桩模型及荷载传递法,针对理想弹塑性荷载传递函数,推导了均质地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的桩顶荷载-沉降曲线计算方法,且进一步利用递推方法将其推广到层状地基中并给出了桩身轴力及桩侧摩阻力的计算方法。在此基础上,给出了荷载传递模型参数的选取方法并分析了虚土桩计算长度的影响因素及取值方法。然后,利用该算法分析了桩及虚土桩压缩模量对荷载-沉降曲线的影响。最后,结合工程实测数据,对比了计算荷载-沉降曲线、实测曲线和由规范方法得到的荷载-沉降曲线,结果表明:在一定的荷载范围内,采用基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较为吻合,实际工程应用优于规范法。     

基于分形理论的人工挖孔嵌岩桩承载特性分析

嵌岩长桩的承载性能主要取决于桩-岩接触面的剪切强度。基于岩体结构面强度的研究方法,引入分形维数描述的两相接触介质粗糙表面的抗剪强度公式,建立了以分维数表示的嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得了弹性条件下的桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式。基于所获得的解答,深入地探讨了分形维数D对桩侧摩阻力?、桩身轴力P及桩端荷载分担比Pb/Pd的影响规律。研究表明:同等条件下一定范围内粗糙分维值D越大,桩侧摩阻力在桩身上部分布越集中,荷载传递深度越小,桩端荷载分担比Pb/Pd也越小;长径比l/d越小,桩端荷载分担比越大,反之越小。工程算例对比分析表明:理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值。     

考虑实际分布形式的水平受荷桩桩周土抗力分析方法

p-y曲线法被广泛应用于水平受荷桩荷载位移响应的分析中,但该方法无法准确地反映出桩周土抗力的实际分布形式。鉴于此,该文考虑了桩-土实际相互作用,假定随着径向位移的增加,桩的被动侧径向土压力呈双曲线形式增大,主动侧径向土压力呈线性减小,从而建立了桩周径向土压力与径向位移的关系;在此基础上,对摩阻力的初始刚度进行修正,引入双曲线荷载传递模型求解了桩周环向摩阻力;最后提出了考虑实际分布形式的桩周土抗力分析方法,并通过2个算例验证了正确性。通过参数分析表明:径向土压力和环向摩阻力对土抗力的贡献程度与水平位移有关;极限状态下,传统的桩侧环向摩阻力水平分量不均匀分布的形状系数偏大,该文给出了建议的取值;对径向土压力水平分量和环向摩阻力水平分量进行归一化分析,得到了拟合曲线公式,可为后续分析提供参考。     

浅谈负摩阻力

负摩阻力问题严重影响着建筑物的安全,桩的负摩阻力的大小受多种因素的影响,故其准确数值很难计算.介绍和阐述桩侧负摩阻力产生的条件和机理,桩侧负摩阻力的计算方法,中性点的确定,防治和减少桩侧负摩阻力的方法.     

反拱曲面X形异形桩产生附加应力计算方法研究

X形桩是一种具有反拱曲面的新型异形桩,该文以半无限体内受竖向集中力作用的Mindlin应力解为依据,通过沿X形桩桩周8个积分区间线积分,再沿桩长进行积分,得到了X形桩侧摩阻力沿桩身线性增长、沿桩周均匀分布、沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力产生竖向附加应力系数的数值计算方法。通过沿X形桩截面3个积分区间面积积分,得到了X形桩均布端阻力在地基内产生竖向附加应力系数的数值计算方法。X形桩侧摩阻力和端阻力产生附加应力系数均随着外包方形截面边长和开弧间距增大而减小,随弧度数增大而增大。同周长X形桩侧摩阻力产生附加应力系数大于圆形桩,周长越大差别越大;同面积X形桩端阻力产生附加应力系数小于圆形桩,面积越大差别越大。     

超长桩承载特性的数值拟合

在工程实践中超长桩极限承载力一般难以确定,且在利用有限元对其进行分析的过程中土体参数难以选择．为了解决以上问题,编制了桩基础反分析程序对实际工程进行了数值拟合求出计算参数,同时又进行了正分析。反分析采用直接分析法并用复合形法求解目标函数方程。正分析程序中土体模型采用非线性弹性Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ模型,桩土界面采用Ｇｏｏｄｍａｎ接触面单元。计算所得的极顶位移、桩身轴力、侧摩阻力与实测结果能较好地吻合,表明该方法是切实可行的。     

膨胀土地基中单桩受扭非线性分析

膨胀土地基中桩-土相互作用较为复杂,膨胀土浸水对单桩扭矩承载特性的影响机理尚未明确。该文基于荷载传递法建立桩身位移控制方程,考虑膨胀土浸水隆起对桩侧摩阻力及桩端边界条件的影响,利用有限差分法求解出桩侧竖向摩阻力的分布。在此基础上,结合边界元法提出膨胀土地基浸水后单桩受扭的非线性分析方法,揭示了桩侧环向摩阻力的分布规律,并通过模型试验验证了该文方法的正确性。研究表明:膨胀土地基浸水膨胀引起的地表隆起会使单桩的扭矩承载力大幅度降低,常规的计算方法高估了基桩的极限扭矩和桩-土体系加载刚度,偏于不安全;浸水前单桩的桩身扭矩沿桩身近似线性减小,浸水后桩-土界面"滑移段"的扭矩接近于桩顶扭矩,"未滑移段"桩身扭矩近似线性减小;随着膨胀土膨胀率的增加,单桩的抗扭能力降低,且桩-土界面"滑移段"的长度也在增加。     

竖向力-温度荷载-扭矩加载路径下单桩承载变形研究

正常服役过程能量桩受复杂的力学行为，目前针对多向荷载作用下能量桩的承载变形特性研究相对较少。为探讨能量桩在竖向力、温度荷载和扭矩共同作用下的承载特性，依次施加桩顶竖向力、温度荷载和桩顶扭矩，通过考虑温度荷载对桩侧摩阻力及边界条件的影响，基于荷载传递法及边界元法构建了桩身位移控制方程，提出竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下的能量桩承载变形特性的分析方法，通过与已有试验和ABAQUS有限元结果进行对比，均具有比较好的吻合度。研究表明，温度荷载会改变单桩的荷载传递特征，影响桩身轴力和桩侧摩阻力分布。竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下，温度变化引起的附加荷载会导致单桩抗扭承载力降低。进一步的参数分析表明，增大竖向荷载会使桩侧极限环向摩阻力减小，导致能量桩单桩抗扭能力降低26.2%(75%P_u,P_u为竖向极限荷载)；随着长径比的增加，桩身承载力逐渐增大，可选取合适的长径比抵消温度荷载带来的影响；随着温度增量的增大，桩身变形量逐渐增大，其中桩身0.6L以上部分变形较大，因此作为能量桩使用的工程桩基需要对地基上部进行加固。     

利用试桩资料优化反分析桩的荷载传递函数

传递函数法计算单桩沉降及轴力的关键是选取正确的荷载传递函数，本文提出了根据室内砼和岩土之间剪切试验所得到的荷载传递函数的数字表达式，结合桩基静载荷试验资料用优化反分析方法确定数学模型中待定参数来获得桩基的荷载传递孙，实例计算表明由该方法获得的桩基荷载传递函数能较准确计算单桩沉降量和桩身轴力值，有一定的实用价值。     

考虑膨胀土地基膨胀率和刚度沿深度变化的桩-土共同作用解析解

膨胀土地基中,土的膨胀率和刚度沿深度变化明显:较深位置的膨胀土应力水平较高,一方面遇水的膨胀率较小,另一方面土的刚度较大。该文基于桩-土相互作用机理,利用荷载传递法推导了考虑膨胀土沿深度膨胀率减小、刚度增加的单桩理论求解方程,并得到了级数形式的解析解。理论解与现场和模型试验数据符合较好,尤其是轴力沿桩身发展的模式。之后该文在膨胀土层的平均膨胀率和平均模量不变的前提下,分析了不同膨胀位移分布模式和刚度分布模式对桩受力和变形的影响,发现若按传统的土沿深度膨胀率和刚度为常值计算,将过高地估计单桩的轴力和位移。利用此解析解还讨论了膨胀土中桩的临界压重。     

DX桩单桩抗拔计算公式探讨

DX桩在承受上拔荷载时,桩土间的相互作用除了桩侧的摩擦阻力外,还有承力盘提供的抗拔阻力,对于桩身的抗拔摩擦阻力的研究有不少成果,但要研究DX桩的抗拔承载力,关键问题在于解决支盘的抗拔阻力计算问题。文章通过对DX桩作为抗拔桩的某工程实例进行分析,运用不同的计算方法对DX抗拔桩的承载力进行计算并与工程实测值进行对比,对不同计算方法进行了讨论研究,并试着探求一种新的计算方法。     

消除负摩阻力扩体挤密桩的研制及力学特性分析

针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题,提出一种既可以消除负摩阻力,又能提高承载力的扩体挤密新型桩,对其结构构成和工作机理进行详细阐述.根据扩体挤密桩的结构特性,建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型,采用复变函数方法,求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角,推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式.结合算例采用...     

Free vibration of semi-rigid connected Reddy-Bickford piles embedded in elastic soil

The literature on free vibration analysis of Bernoulli-Euler and Timoshenko piles embedded in elastic soil is plenty, but that of Reddy-Bickford piles partially embedded in elastic soil with/without axial force effect is fewer. The soil that the pile partially embedded in is idealized by Winkler model and is assumed to be two-layered. The pile part above the soil is called the first region and the parts embedded in the soil are called the second and the third region, respectively. It is assumed that the behaviour of the material is linear-elastic, that axial force along the pile length to be constant and the upper end of the pile that is semi-rigid supported against rotation is modelled by an elastic spring. The governing differential equations of motion of the rectangular pile in free vibration are derived using Hamilton’s principle and Winkler hypothesis. The terms are found directly from the solutions of the differential equations that describe the deformations of the cross-section according to the high-order theory. The models have six degrees of freedom at the two ends, one transverse displacement and two rotations, and the end forces are a shear force and two end moments. Natural frequencies of the pile are calculated using transfer matrix and the secant method for non-trivial solution of linear homogeneous system of equations obtained due to values of axial forces acting on the pile, total and embedded lengths of the pile, the linear-elastic rotational restraining stiffness at the upper end of the pile and to the boundary conditions of the pile. Two different boundary conditions are considered in the study. For the first boundary condition, the pile’s end at the first region is semi-rigid connected and not restricted for horizontal displacement and the end at the third region is free and for the second boundary condition, the pile’s end at the first region is semi-rigid connected and restricted for horizontal displacement and the end at the third region is fixed supported. The calculated natural frequencies of semi-rigid connected Reddy-Bickford pile embedded in elastic soil are given in tables and compared with results of Timoshenko pile model.     

扩底楔形桩抗压承载力理论计算分析

扩底楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力和桩端承载力,提高单位材料承载力的新型桩;然而针对其竖向抗压承载力理论机理及计算方法的研究相对较少。在小倾角范围内(<5°),基于Randolph和Wroth荷载传递理论模型,建立考虑楔形角对荷载传递机理影响的扩底楔形桩桩侧摩阻力、桩端承载力计算方法;通过与数值计算模型和模型试验实测结果的对比分析,验证该文所建立的理论计算模型的准确性与可靠性;续而开展楔形角、扩大头直径以及桩体强度等因素对扩底楔形桩抗压承载力特性的影响分析。研究结果表明:该文所建立的扩底楔形桩理论计算方法可以准确、有效地计算其竖向抗压承载力;同等地质条件下,扩大头直径比楔形角对基桩竖向抗压承载力的影响更明显。     

轴向往复荷载作用下圆钢管混凝土柱恢复力模型研究

为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。     

考虑附加抗力影响的单桩水平受力分析方法

单桩基础受水平荷载作用时,桩身截面转动引起的竖向摩阻力形成土对桩的附加抗力矩,同时桩端土对桩也有一定的附加抗力效应。为了研究桩身和桩端附加抗力对单桩水平承载特性的影响,该文基于API规范推荐的砂土摩阻力模型,结合桩身径向土压力引起的极限摩阻力增强效应,推导出砂土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解;采用API规范推荐的黏性土摩阻力模型,推导出黏性土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解。基于双曲线桩端竖向应力-位移模型,在考虑桩端桩-土界面脱开效应的基础上,得到了桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解,桩端水平剪力的离散数值解;进而提出基于Winkler地基梁模型的有限元计算方法,并编制了程序。通过对比试验数据,初步验证了该文方法的正确性,进行了水平承载力的参数分析,结果表明:随着长径比的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比逐渐减小;而随着桩直径的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比并未显著变化。     

倾斜荷载下基桩的改进有限元-有限层分析方法

提出地基加权刚度的概念,对现有有限元有限层法进行改进,用以分析计算倾斜荷载下基桩的受力变形特性,可考虑地基土成层与非均匀性等因素的影响,并能近似考虑地基土的非线性特征及桩身PΔ效应,工程应用结果表明,效果良好。     

考虑异形效应Y形桩侧摩阻力产生附加应力研究

Y形桩作为一种新型反拱曲面异形桩,侧土压力和侧摩阻力具有沿桩周不均匀分布的特性,虽将侧摩阻力假定为均匀分布与假定为集中力相比,附加应力计算结果更符合实际分布规律,但仍存在一定偏差。基于球形孔扩张理论,建立了Y形桩桩侧侧土压力的不均匀分布模型,进而建立了侧摩阻力的不均匀分布模型,并用于附加应力的计算。以主要影响因素外包圆半径R、模板弧度θ为变量,分别对比研究了将Y形桩侧摩阻力假定为集中分布、均匀分布和考虑异形效应不均匀分布三种模式下附加应力的变化规律,并将考虑异形效应的侧摩阻力产生附加应力计算方法用于沉降计算,通过现场静载荷试验数据验证,考虑异形效应的侧摩阻力产生附加应力计算方法所计算的沉降值与实测值吻合度更高。