基于桩侧阻概化模式的基桩均化附加应力系数研究

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,在现有Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降基础上,提出任意布桩模式下基桩均化附加应力系数数值计算方法。针对特定侧阻分布概化模式给出不同长径比、不同桩距条件下的基桩均化附加应力系数表格,为手算群桩基础沉降所需的均化附加应力计算提供有效的简易方法。提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

Mindlin解均化应力法计算桩基沉降及工程应用

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,总结了Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降的具体步骤细则。针对计算中具体问题,诸如压缩层计算厚度、上部结构刚度贡献、变刚度调平设计中桩类型的多样性,结合特定侧阻分布概化模式不同长径比、不同桩距条件给出基桩均化附加应力计算简易方法。应用所提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降,通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

基于Mindlin解的单桩竖向附加应力系数

基于考虑桩径影响的竖向荷载下Mindlin应力解,将单桩端阻、矩形分布侧阻、正三角形分布侧阻产生的应力表达为各分项阻力与相应附加应力系数的乘积,并将附加应力系数表示为以深径比h/d和距径比ρ/d为自变量的函数以描述其空间变化。这样使得附加应力系数物理意义直观明晰,应用简单。通过对单桩附加应力系数的三维图形和附加应力系数表的分析表明:①端阻附加应力系数由桩端平面呈现柱状分布随深度演变为锥形分布,空间衰减迅速;端阻附加应力系数基本不随长径比l/d而变;②侧阻附加应力系数由桩端平面的长桶喇叭形分布演变为漏斗形分布,空间衰减缓慢;正三角形分布侧阻与矩形分布侧阻相比,其附加应力系数上部较大,且衰减较快;③侧阻是群桩应力叠加效应的主要因素,端阻影响甚微。     

现浇X形桩产生地基附加应力的修正Geddes应力解

 现浇X形混凝土桩(X形桩)作为新型的异形截面桩,其侧摩阻力和端阻力对桩周土体产生的附加应力的计算方法尚未得到系统的研究。传统的Geddes解以圣维南原理作为模型假设的依据,忽略桩截面半径和截面形状对计算结果的影响,误差较大。在Geddes应力解的基础上,对附加应力计算过程引入二重积分,推导得出修正的Geddes应力解。通过2种计算方法对X形桩附加应力进行对比分析,结果表明：桩径越大,异形特性越突出,Geddes应力解的误差越大。用修正Geddes应力解分析X形桩侧摩阻力和端阻力产生的附加应力,可知X形桩对下卧层土体产生的附加应力是等截面面积的圆形桩的1/3左右,而端阻力产生的下卧层的附加应力是等截面面积的圆形桩的1～2倍。在1.05倍桩长以下的大部分下卧层区域内,凹弧段侧摩阻力产生的附加应力大于凸出段。随着凸出段与凹弧段侧摩阻力比值的增大,凹弧段侧摩阻产生附加应力系数逐渐减小,凸出段侧摩阻产生的附加应力系数逐渐增大,但两者之和始终小于圆形桩。对于端阻力,X形桩凹弧区产生的附加应力是凸出区的1～3倍。通过对单桩桩顶沉降对比计算,表明修正Geddes应力解与Geddes应力解相比,更适合解决X形桩地基附加应力和沉降问题。     

长桩桩侧摩阻力分布与地基附加应力问题及对群桩沉降计算的影响

实测资料表明,工作荷载下传统 Geddes 解假设桩侧阻分布与长桩及超长桩实测侧阻分布差别较大,在工作荷载作用下长桩及超长桩桩身上部侧阻首先发挥。在对超长桩实测桩身侧阻分布的归纳总结基础上,建议了桩侧阻两段和三段线性分布模式,并通过对 Geddes 应力解的叠加,推导了两段和三段线性分布组合的侧阻分布模式下的地基附加应力解。建议侧阻分布模式与 Geddes 侧阻分布模式的对比分析表明, Geddes 侧阻分布模式得到的桩端以下桩间土的竖向附加应力明显大于建议模式的结果,导致 Geddes 侧阻分布模式得到的群桩沉降比大于建议的侧阻分布模式计算的沉降比, Geddes 侧阻分布模式夸大了群桩内部各桩的相互作用。实例计算表明,其它条件相同时,建议的侧阻分布模式计算得到的沉降与实测值更接近一些。     

Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降

对考虑桩径因素的Mindlin解群桩应力场剖析表明:端阻应力在桩端下2d范围呈现明显的应力集中现象,在竖向和水平向衰减迅速;侧阻应力在桩端平面分布明显不均,至桩端下1d平面趋于均匀,沿深度和水平向衰减较慢。按半无限体表面荷载下的Boussinesq解计算的群桩应力显著偏大,致使按实体深基法计算的桩基沉降需乘以0.25~0.5经验系数折减。桩基沉降计算采用Mindlin解计算附加应力的合理性是明显的,但按习用的自由荷载下应力叠加法计算将导致中点沉降偏大、边角点偏小。基于群桩Mindlin解附加应力场和群桩基础变形特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,提出Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降。该方法具有如下特点:一是可反映桩端应力集中贯入变形;二是可近似反映承台和上部结构刚度的影响;三是可查表或采用程序进行计算,操作简便;四是计算值与实测值、规范统计值接近,初步预计无需修正。     

桩基沉降中的附加应力计算方法分析

土中附加应力的计算是桩基沉降计算的重要环节,本文对目前常用的Boussinesq和Mindlin应力计算方法,以及它们对大桩数的建筑桩基和小桩数的桥梁桩基的适用情况进行了分析对比。     

用Mindlin应力解求单桩沉降的方法

以 Mindlin应力解为基础 ,推导了任意桩侧摩阻力分布形态时地基土中附加应力的计算方法 ,并针对单桩的沉降问题进行了分析 ,为单桩的沉降量计算提供了一个较为合理的方法。     

不同条件下桩侧阻力端阻力性状及侧阻力分布概化与应用

根据24组51根桩竖向静载试验的侧阻力端阻力测试结果分析表明,桩侧土层性质与分布、桩长径比、后注浆效应是影响侧阻性状与分布的主要因素。软土中的桩其侧阻发挥正常,分布模式不受长径比影响;碎石土、砂土侧阻在桩顶以下约5d深度范围呈现应变软化,随深度增加逐渐演变为应变硬化导致桩身下部侧阻发挥滞后或发挥值显著降低,侧阻分布模式异化;土愈硬、长径比愈大,侧阻分布模式异化愈明显;后注浆对侧阻的增强与分布模式的影响,碎石土、砂土远甚于其它类土。工作荷载下的侧阻分布模式可概化为正梯形、倒梯形、橄榄形、灯笼形、蒜头形、峰谷形六种模式。端阻比随侧阻增强,随长径比增大而降低,随荷载水平提高呈非线性增长,给出了工作荷载下端阻比经验参考值。将每种侧阻概化模式分解为桩长l、kl的矩形、三角形分布侧阻单元,据此可查表确定供沉降计算的Mindlin解附加应力系数。计算结果表明,除正梯形和蒜头形分布外,其附加应力积分值按Geddes正梯形分布假定计算附加应力比实测侧阻概化分布大15%~74%,侧阻分布重心愈高差异愈大。     

合理运用Mindlin公式计算桩端附加应力的探讨

规范推荐的桩基沉降计算中,其桩端下附加应力系根据Mindlin解所得的Geddes应力公式来计算,其理论依据是简化为半无限体内一竖向集中力推导出来的,计算结果会在桩端附近产生较大的应力集中现象,导致桩端计算厚度范围内应力大大超过土的强度,使计算失真,沉降偏大。而且,规范没有明确分层总和法中计算分层厚度的选取,导致不同的计算分层厚度会影响最终沉降值。因此,本文推导出方桩和圆桩情况下考虑桩端截面影响的附加应力公式,用于计算桩身轴线下的应力;并且在竖向关于z进行再积分,得出了桩端下竖向附加应力面积的解析式,这样分层厚度一般可取自然土层厚度,不必再划分较细的计算层厚度,避免了计算分层厚度成为影响沉降值的因素。     

基于Mindlin应力解的大直径灌注桩单桩沉降计算

对某公路桥梁灌注桩进行了静载试验和内力测试,采用考虑桩径影响的Mindlin应力解进行了桩基沉降的数值计算,同时侧摩阻力分布形式采用矩形荷载简化和三角形荷载简化,按分层总和法计算桩端沉降,计算结果表明,采用考虑桩径影响的Mind-lin应力解计算大直径灌注桩单桩沉降的方法具有较好的适用性。     

利用Mindlin应力解计算复合地基沉降

以Mindlin应力解为基础，介绍了采用双层地基模式计算复合地基沉降的方法，通过工程实例，证明了该方法对改进复合地基沉降计算方法，降低工程造价的理论意义和实用价值。     

基于Mindlin公式考虑桩径影响的应力计算方法

根据Mindlin解所得的Geddes应力公式将桩端阻力、桩侧阻力简化为集中力。对于长径比较小的短桩,按其计算结果导致近桩端平面以下的应力集中,此时计算竖向应力系数与实际考虑桩径影响的结果相差甚远。按Geddes应力公式计算时小桩距群桩带来的问题较小;用于计算单桩、单排桩、疏桩沉降将使计算深度范围内的应力大大超过土的强度,使土进入塑性状态,导致计算失真。推荐的应力计算方法考虑了桩径的影响,用于计算单桩、单排桩、疏桩沉降取得了良好的效果。     

路桥交界处地基附加应力修正计算方法

台后地基变形是引起桥台变位的关键因素,对台后过渡段地基变形的探讨有助于对桥台变位问题的深入研究。基于弹性理论,推导了任意断面形式路基荷载作用下,过渡段地基及其临近影响地基内部任意一点的附加应力计算公式,并以铁路标准路基断面为例对推导公式可应用性进行分析,得出路桥过渡段地基附加应力横向和纵向的分布规律,并分析了过渡段路基填筑对既有临近建筑物产生的影响。在此基础上,采取数值模拟的方法,验证了推导公式的合理性。该计算方法思路清晰,数学逻辑严密,且易于计算机编程计算,从而为过渡段及其临近地基附加应力计算提供了理论依据,为桥台变形的研究提供了理论支撑。     

桩端土强度对桩侧摩阻力增强效应研究

基于试验资料及数值模拟方法,分析研究了桩端土强度对桩端附近侧摩阻力的影响。结果表明,高强度的桩端岩土层及较大的桩顶荷载,其桩侧摩阻力在桩端附近存在增强效应,同时,对该增强效应产生机理进行了解释。     

刚柔组合桩复合地基沉降计算的研究

结合刚柔组合桩这种新型桩体自身的特点,提出了Boussinesq-Mindlin应力解联合求解法求解复合地基的沉降,详细叙述了关于附加应力参数的求解方法。最后通过现场实例对比表明：联合求解法所求的沉降量比平均附加应力法更接近于实测情况,说明了联合求解法具有一定的适用性。