桩间距对桩筏基础结构性能影响的模型试验研究

 为研究桩间距对桩筏基础结构性能的影响,设计并进行不同桩间距的桩筏基础系列模型试验。结果表明,设置不同的桩间距可调配群桩基础中桩与筏板的分担作用,调整桩筏基础的受力性能。常规桩距桩筏基础以桩为承载主体,地基土的荷载分担次之;当桩间距大于6倍桩径后,桩较早进入塑性支承状态,地基土分担荷载能力增强,桩与筏板荷载分担的主次作用发生转换,筏板逐渐转换为基础的承载主体。随着桩间距增大,筏板内力分布由整体弯曲过渡到以局部弯曲为主。桩筏基础桩顶荷载分布规律受桩间距的影响,随着桩间距增大,桩顶荷载由角桩最大逐渐转化为中间桩最大。建议桩筏基础设计方法应考虑桩间距设置对筏板与桩土体系相对刚度、筏板内力和桩顶荷载不均匀特征的影响。     

桩筏基础在竖向荷载作用下的时间效应

大量桩筏基础下存在较厚的饱和软弱下卧层 ,其变形和内力的研究不仅涉及到筏板、桩和土三者之间的相互作用 ,而且还跟时间有很大的关系。在建筑物施工和使用期间 ,地基变形逐步发展 ,基础的刚度不断变化 ,两者之间产生相互影响。地基的差异沉降还引起筏板及上部结构内力的变化。本文首次研究了存在软弱下卧层的桩筏体系的工作性状随时间变化规律 ,发现桩筏基础筏板内力、变形及桩顶反力受时间的影响较为显著     

生态复合墙结构桩筏基础优化设计分析

为了研究生态复合墙结构在地基基础与结构相互作用时桩筏基础的优化设计方法,建立生态复合墙-剪力墙混合结构和纯剪力墙结构在相互作用条件下的数值计算模型,计算了结构及地基基础的内力及变形。结合计算结果,分析了相互作用对桩筏基础、地基的应力、应变等的分布规律的影响,并将两种结构计算结果对比分析,研究了筏板厚度、混凝土强度、桩长、桩径等因素的变化对上部结构、桩筏基础的应力、应变及桩顶反力、桩筏荷载分担比等的影响,为生态复合墙结构桩筏基础基于地基-基础-结构相互作用的优化设计提供了参考。     

地震作用下结构刚度对桩基内力的影响

用整体有限元方法进行桩-土-结构动力相互作用体系的地震反应分析。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟;在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处,用补充约束方程的方法进行节点耦合,使2种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩、土、结构及荷载参数,重点讨论了地震作用下3种不同的上部结构刚度对桩基内力的影响,求出了3种上部结构刚度下体系1~6阶的自振周期和桩基的最大位移及内力等,并进行了分析和比较,得到了在水平地震荷载作用下上部结构刚度的增大将增大桩基的内力及水平位移,且桩顶及桩身处于第一个软硬土层交界面处的截面的内力尤为突出等结论。     

大面积堆载作用下港口干煤棚结构设计与研究

为研究软弱场地土条件下柱面网壳支座荷载和大面积堆载作用下干煤棚桩基受力与变形特性，通过某工程实例，进行了软弱场地土条件下干煤棚上部结构的内力分析，并对网壳支座荷载和大面积堆载作用下桩身变形进行了理论计算和有限元分析，对结果进行了分析比较。结果表明，按角点法和等效土层厚度法计算的桩顶水平位移接近；软弱土地质情况下规范理论设计方法仅能较好地反映荷载作用下距离桩顶4/α范围内桩身位移的变化，桩承台有限元分析可反映大面积堆载作用下整个桩身变形和受力特性；根据计算得到的桩顶位移可近似换算出上部柱面网壳支座处的水平位移，可以此作为上部网壳支座荷载的设计依据。     

共同作用对上部结构和桩筏基础的影响

以贵州省遵义市某县棚户区（城中村）改造项目为研究算例,利用SAP2000有限元分析软件建立框架剪力墙结构-桩筏基础-地基共同作用的三维有限元模型和不考虑三者共同作用的一般三维模型。与不考虑共同作用的一般模型相比,考虑共同作用后,上部结构的内力和桩顶的反力都增大,筏板沉降和筏板内力都减小,说明筏板沉降和筏板内力的安全储备较大。因此,在结构工程设计过程中,考虑上部结构、基础和地基共同作用的设计理念和方法与建筑物实际受力特征更相符,设计结果也更合理,同时也要考虑三者共同作用时上部结构和桩顶反力的不利影响。     

锚杆静压桩在低净空条件下既有建筑地基加固中的应用

上海市区某13层建筑,无地下室,上部结构为短肢剪力墙体系,基础采用墙下预制混凝土管桩。该项目正式投入使用前在其背后大量堆土,导致建筑产生了较大的整体水平变形。为消除安全隐患,采用锚杆静压桩进行地基加固。加固钢管桩的桩长、单桩承载力、桩数都与原有桩基相同。在原基础梁之间的房间区格内设置700 mm厚筏板,新增的钢管桩布置于筏板下,通过筏板实现对上部结构的支承作用,筏板也同时作为静压桩施工的反力结构。为确保荷载传递的可靠性,提出了钢管桩与筏板,以及筏板与原基础梁之间的连接做法。另外,由于结构底层净空受限,通过改造,使得压桩设备可在低于2.5 m左右净空条件下完成钢管桩的压入施工。目前该建筑最大沉降10 mm左右,表明地基加固的作用是有效的。     

地震作用下管桩模型的内力分布研究

目前针对预应力混凝土管桩的地震内力分布研究较少,缺乏管桩的应用机理。管桩内力研究,对于了解桩基承载性状和桩土作用机理,进行工程优化设计至关重要。通过振动台试验对双桩进行了内力分布研究,分析了不同工况变化时对桩身内力分布的影响。结果表明管桩内力分布跟上部结构、激振频率以及激振强度都有直接的关系。在各种工况作用下,模型管桩在距离桩顶4～6倍桩径处弯矩最大,距离桩顶20倍桩径左右处往下弯矩变化较小且趋于平稳。试验结果为后续理论研究提供了依据,为工程设计提供了参考。     

某续建工程桩筏基础内力与变形特性分析

根据某续建工程桩筏基础加固方案的设计实践,利用ABAQUS软件建立了具有代表性的筏板-桩-土共同作用的三维有限元分析模型,分析了补桩桩长、补桩桩身强度和加固筏板厚度对桩筏基础的内力及变形特性的影响。分析结果表明:补桩桩长对筏板的沉降、弯矩均有较大的影响;补桩桩身强度对筏板沉降及原有桩的桩顶反力影响较小;加固筏板厚度的增大对筏板调节差异沉降和均衡原有桩筏系统内力有利,但同时也会导致整个筏板的自重增大、沉降增大。将桩顶反力和筏板应力的数值计算结果与实测结果进行了比较分析,两者较为吻合。     

软岩复合地基与桩基础动力响应特征对比分析

为了分析软岩复合地基与桩基础在地震荷载作用下的动力响应特征,文章以成都龙湖世纪城工程为背景,分别按照复合地基方案和桩—筏基础方案建立有限差分模型,采用非线性动力反应分析方法,对地震荷载作用下复合地基与桩基础的受力变形特性进行了分析。分析结果表明,在地震荷载作用下,复合地基较桩基础能更好地阻碍地震加速度向上部结构传递,减少上部结构自重所产生的地震荷载。同时在复合地基中的大直径桩桩顶水平荷载也远小于桩基础中桩顶水平荷载,后者产生的最大水平荷载为644k Pa,约为前者的11.7倍。     

软土地区大直径中掘扩底法管桩承载性能现场试验分析

基于软土地区大直径中掘扩底法管桩静载荷试验,分析软土地区大直径中掘扩底法（简称中掘法）管桩承载特性,研究成果表明：在等桩径等桩长条件下,中掘扩底法管桩的单桩极限承载力较常规锤击法管桩低10%左右,但较钻孔灌注桩可提高30%以上;中掘法管桩桩顶荷载沉降曲线均呈现缓降型,单桩竖向桩基极限承载力应根据桩顶沉降量确定;在桩顶达到极限承载力时,中掘法管桩桩端阻力有明显提高,桩端阻力可占桩顶荷载40%~50%,呈现为端承摩擦桩,竖向承载能力得到明显提高。文中研究成果可为软土地区大直径中掘扩底法管桩的理论研究和工程应用提供参考价值。     

复合配筋管桩抗震性能试验研究

传统PHC管桩在地震作用下表现出脆性破坏特征,限制了其使用范围。已有室内试验研究结果表明,通过在PHC管桩中加入非预应力钢筋形成复合配筋管桩可提高其抗震性能。目前针对管桩破坏机理以及抗震性能的研究,主要采用室内模型试验或振动台试验,未能充分考虑实际工程中桩的受力条件和土体的作用。为研究复合配筋管桩的抗震性能,在软土地区对PHC管桩和复合配筋管桩进行了现场足尺抗震性能试验研究。试验比较了常规管桩以及掺入不同含量非预应力钢筋的复合配筋管桩的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、曲率分布等数据,分析复合配筋管桩的抗震性能。研究结果表明：与PHC管桩相比,复合配筋管桩的抗震性能得到明显改善,且对于提高管桩延性来说,存在最优的非预应力筋配筋率。     

土–桩基–核岛体系动力相互作用振动台试验及数值模拟

利用振动台试验研究了土–桩基–核岛体系动力反应规律,分析了桩身内力分布特征、变形规律和桩身破坏模式。试验结果表明:输入不同幅值的地震动时土层与桩基础结构均出现加速度放大情况,其中远离结构自由场放大系数峰值出现土层表面,桩间土层放大系数峰值出现在土层中部,表明桩基础对土层加速度放大情况有一定影响;桩身在中部出现加速度放大峰值后在靠近承台位置出现减小,表明上部结构对桩身加速度放大分布有显著影响。桩身剪力在桩-承台连接处最大并随深度增加而减小,弯矩在桩顶部及中上部位置较大。桩-承台连接处、桩中部(约6倍桩径)为桩身薄弱环节,破坏形式为拉伸剪切破坏及弯曲破坏。群桩各桩的破坏顺序为沿振动方向一侧边桩先出现破坏并引起中部角桩破坏,后中桩破坏,另一侧边桩最后破坏。水平地震荷载作用下群桩的可能破坏机制是沿振动方向的边桩由于受桩周土的约束较弱、最先受到地震的作用,更容易先发生破坏,并引起其它位置的桩发生破坏。     

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。     

海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

不同高强预应力管桩抗震性能的试验对比

工程中常采用填芯,掺加钢纤维以及配置非预应力筋等方式来增强预应力混凝土管桩的抗弯承载力,但是这些改进后的管桩在地震荷载作用下的受力性能还不明确。通过三组试件的低周往复加载试验,分别从滞回耗能延性和承载力等几个方面研究预应力混凝土管桩(PHC管桩)、预应力钢纤维高强混凝土管桩(SFPHC管桩)、添加普通钢筋的预应力高强混凝土管桩(PRC管桩)的抗震性能以及填芯对管桩抗震性能的影响。试验结果表明:添加普通钢筋能够很好地改善PHC管桩的抗震性能。填芯能够提高PHC和SFPHC管桩在往复荷载作用下的承载力并能增强PRC管桩的耗能能力。各类填芯管桩的延性相对于未填芯管桩均有明显的改善。     

刚性桩复合地基与复合桩基工作性状对比试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构的复合地基与复合桩基载荷试验,分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩身轴力和侧摩阻分布及桩土荷载分担比,研究了工作荷载下复合地基与复合桩基的工作性状。与复合桩基相比,得出复合地基总沉降大、差异沉降小、桩端平面以下沉降小、桩上段存在负摩阻、桩间土荷载分担比大、桩荷载分担比小的试验结果;复合地基可以更好地调动浅层地基土承载力,而复合桩基则能更好地调动深层地基土承载力,所得结论可为进一步理论研究及工程设计提供有益参考。     

光纤光栅传感技术在PHC管桩水平载荷试验中的应用

光纤Bragg光栅(FBG)传感技术在工程测试方面优势显著,如何合理应用该项技术实施PHC管桩的荷载试验,难度较大,相关研究工作与实践经验较少。基于FBG工作原理与硬件特性的分析,结合PHC管桩成型与现场施工的工艺特点,利用PHC管桩水平承载力载荷试验的实践验证,研究FBG传感器合理应用于PHC管桩的埋设方案与施工技术。结果表明：按笔者提出的预设方案与施工技术,在PHC管桩采用锤击和静压2种成桩工艺时,FBG传感器的成活率可达100%;FBG传感器获得的PHC管桩应变与应力监测数据,比传统电阻应变式传感器更具优越性;实测数据与理论计算的对比分析证实,《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中有关水平承载力的计算方法能够较好地反映桩身受力的实际情况。