运营期船桥碰撞时大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性

对某特大桥运营期承受船撞荷载时的索塔哑铃型承台群桩基础与土体相互作用进行了三维弹塑性静态有限元分析。桩土界面间设置三向的弹簧,横桥向与纵桥向和竖直方向的弹簧分别模拟水平荷载和竖向荷载下桩土相互作用,以便能较好模拟竖向荷载与水平荷载共同作用下大型群桩基础受力变形特性。比较研究分析了索塔哑铃型承台群桩基础最大冲刷方案和护底方案在船撞击时桩身轴力分布、桩身水平剪力分布及桩身弯矩分布等特性,并与其离心模型试验成果进行了比较。结果表明:护底方案在桩身弯矩等方面远比最大冲刷方案的小而表现出能较好抵御船撞荷载。     

考虑桩土滑移和整体刚度动态调整的群桩分析方法

在分析了大型群桩研究现状的基础上,提出了考虑桩土滑移和群桩桩顶整体刚度动态调整的分析计算方法。并将本文方法与一个离心模型试验结果进行了对比,论证了本文方法的正确性。在此基础上,分析了刚性承台条件下超大群桩基础的荷载位移曲线变化规律以及桩顶荷载分布规律受桩土刚度比、桩长、桩径、桩距、桩数、土性等因素的影响规律。     

群桩基础受力特性的模型试验研究

基于相似理论与模型试验原理,通过相似比例为λ=100的室内模型试验,分别对大直径超长群桩基础的承载-沉降关系、承台下土体附加应力的发展、不同桩位的桩顶反力以及各桩的受力特性进行了研究.结果表明:超长群桩基础的荷载-沉降曲线与该地区单桩沉降曲线相似,也呈缓变型.承台底部土的附加应力呈边缘大、中心小的马鞍型分布.不同桩位的...     

模型边界对大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性的影响

利用三维弹塑性有限元,考虑群桩基础周围外侧土体竖向变形影响范围和桩端土体压缩层厚度的因素,研究分析其对大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性的影响,从而研究大型超深群桩基础边界问题以及离心模型试验边界对其承载变形特性的影响。研究表明:群桩基础边界大小由群桩基础变形特性控制,成桥阶段时大型哑铃型承台群桩基础周围外侧土体竖向变形影响范围和桩端土体压缩层影响深度,分别为一倍承台宽度和一倍桩长;设计的离心模型试验边界对群桩基础桩身受力大小与分布影响不大,而对承台沉降和桩端土体整体压缩变形比等变形特性影响较大。     

长群桩基础承载力性状的大比例尺模型试验研究

目前有关长桩基础承载性状的研究大都为工程静载试验的基桩,有关长群桩基础的承载性状的机制研究较少,亟需深入研究。通过大比例尺长群桩基础模型试验,对竖向荷载作用下的长群桩基础的承载力性状进行了深入研究,给出了基桩桩身轴力、侧阻力和承台底土压力的承载性状随群桩沉降发展的相关结果,深入分析了长群桩基础的承载力性状机理。该成果可为长群桩基础沉降性状的进一步研究提供依据。     

黏土中超长群桩竖向承载力模型试验研究

针对超长群桩使用较多而理论研究较少的现状,进行了大型的室内超长群桩模型试验。通过对黏性土中桩距为6d的超长钻孔灌注群桩的室内模型试验和实测数据分析,研究了超长群桩的荷载传递机理和承载力特性。得到了在竖向荷载作用下超长群桩的荷载与沉降关系曲线,桩身压缩量占桩顶沉降的百分比、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。研究结果表明:超长群桩属于非刚性摩擦桩,桩顶沉降主要由桩身压缩量引起;极限荷载作用下,桩端阻力接近为零,桩身中下部的侧摩阻力没有充分发挥。这些结论为超长群桩的理论研究、工程设计与施工提供有益参考。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

群桩基础地基中的竖向附加应力性状研究

根据我国４幢高层建筑桩基础的共同作用分析成果，对群桩基础中桩的荷载传递特性，桩间土、下卧层土中的竖向附加应力分布特性作了研究。结果表明，群桩的荷载传递特性与单桩不同，群桩基础在下卧层地基中的竖向附加应力分布特性也明显地区别于等代深基础。按本文方法得到的群桩基础地基中的竖向附加应力，用分层总和法计算地基变形，无论是桩间土的变形特性还是桩基沉降量均与现有的实测成果比较一致     

水平及扭转荷载作用下群桩基础受力分析方法

江河与海上的大型结构在船舶撞击、风浪等作用下,其桩基础往往会受到水平及扭转荷载共同作用,极易造成基础倾斜倒塌。针对水平和扭转共同受荷下群桩基础,建立了由刚性承台-弹性梁-土非线性弹簧组成的群桩计算模型。通过水平p-y曲线法、竖向荷载传递法、扭转τ-θ曲线法,计算单桩非线性刚度;群桩各基桩间相互作用和基桩各自由度耦合,通过考虑p乘子和运用考虑推力弯矩影响的基桩受扭计算模型体现。结合牛顿迭代法,对计算模型进行求解,并与大尺寸物理模型试验结果进行了对比。通过参数分析表明在水平和扭转荷载共同作用下,群桩中各基桩桩头剪力分配不均性十分显著;并获得不同承台高度时群桩中基桩轴力变化规律,为复杂荷载下群桩设计提供依据。     

桩-承台-土共同作用的三维有限元分析

本文用三维弹性有限元法研究了竖向荷载作用下, 群桩基础中桩承台土的共同作用特性, 着重研究了桩顶反力分布、承台分担比及沉降变形随ｓ／ｄ、Ｌ／ｄ及ＥＰ／Ｅｓ 诸因素的变化规律, 并对桩基优化设计途径进行了初步探讨。     

软土地基超长桩静载试验中桩侧堆载影响分析

阐述了堆载法静载试验中桩侧堆载与地基变形对试桩的影响,为便于分析,定义了试桩沉降的实测值和真实值。对比分析了国家、行业及地方标准中关于试桩、锚桩(或压重平台支墩)和基准桩之间中心距离的相关规定,探讨了减小桩侧堆载对试桩沉降影响的方法。结合深圳填海区大直径超长桩静载试验工程实例,建立三维数值模型,分析了采用地基处理+“回”字形混凝土平台时,桩侧堆载和加/卸载方式对试桩受荷性状及测试结果的影响,包括桩土沉降、桩身轴力、监测点位移和试桩刚度等。研究结果表明:堆载法静载试验中,采用试桩沉降真实值时,桩侧堆载的加/卸载过程对试桩极限承载力和承载特性的影响可以忽略; 对于采用“回”字形混凝土平台的软土地基大直径超长桩静载试验,建议采用高精度水准仪或全站仪对试桩桩顶沉降真实值进行监测和校核,包括试验准备阶段桩侧堆载引起的沉降,以剔除桩侧堆载的加/卸载过程对沉降基准点竖向位移的影响。     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。     

承台刚度对受荷群桩基础承载性状的影响研究

既有建筑下挖增层改造将引起群桩基础产生附加沉降。笔者引入双曲线模型来模拟桩端和桩侧阻力的发挥机理;考虑到群桩基础之间存在复杂的桩-桩、桩-土相互作用,结合剪切位移法导得双曲线模型参数的计算方法;通过荷载传递法建立群桩基础刚性承台条件下的控制方程,并结合Plaxis 3D数值分析软件验证了该计算方法的可行性。最后,研究了既有建筑下挖增层改造对刚性和柔性承台群桩基础承载性状的影响因素。结果显示:刚性和柔性承台顶部沉降比随着开挖深度的增加大致呈线性增加;在同一开挖深度时,沉降比随着顶部荷载的增加而有所增大,且柔性承台的沉降比大于刚性承台的沉降比;群桩基础中的桩间距对承台顶部沉降比会有一定的影响;在既有建筑下挖增层改造过程中,群桩基础承台应做成刚性承台。     

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。     

层状地基中单桩轴向荷载传递全过程分析

对桩侧土和桩端土分别采用三折线荷载传递软化模型和三折线全塑性荷载传递模型 ,利用土力学及弹性理论导出了一套完整的确定层状土中桩轴向荷载 沉降关系的解析算式。同时 ,利用株洲地区桩侧摩阻力及深井试验测定的土工计算参数 ,通过本文方法对某工程试桩进行了计算对比 ,其计算值与实测值相当吻合 ,从而表明本文公式是可在工程上应用的     

带帽刚性桩复合地基现场足尺试验研究

为深入、全面了解带帽刚性桩复合地基工作性状,通过在苏州绕城高速公路两试桩区的现场足尺试验,重点研究带帽刚性桩复合地基的荷载沉降、载荷板与桩体的沉降差、地表土应力分布特征、剖面沉降等性状规律。试验研究结果表明:带帽长桩型复合地基较带帽短桩型复合地基易于控制地基沉降变形和提高地基承载力,在设计荷载下带帽短桩型复合地基较带帽长桩型复合地基更能发挥地基土承载作用,桩帽下土体与桩帽间土体承载性能及发挥程度不同。由于桩帽能均化桩顶应力,起到刚性板作用,带帽桩体与桩帽下土体能产生近似等量的竖向变形,同时保证了垫层的整体效应。试验分析成果有助于建立带帽刚性桩复合地基计算模型、完善带帽刚性桩复合地基工作性状研究以及优化工程设计。     

后注浆超长灌注桩竖向承载特性载荷试验研究

现场载荷试验是确定单桩竖向承载力常用方法之一,基于现场试桩静载试验和桩身轴力测试试验,分析了后注浆超长灌注桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性及桩侧阻力,桩端阻力发挥特性。研究结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而增量减小,且随荷载的增加而逐渐增大;超长灌注桩表现出摩擦桩特性,荷载-沉降曲线没有明显破坏点,其竖向荷载主要靠侧摩阻力进行传递;桩侧阻力和桩端阻力非同步发挥并且相互影响。根据实测数据对计算单桩承载力的侧摩阻力和桩端阻力的系数进行修正,修正后为类似桩基础工程设计提供技术参考。     

考虑桩身压缩的高承台超长群桩沉降计算

针对两类高承台超长群桩基础的沉降计算问题,基于苏通大桥主塔群桩基础下的地基条件,根据离心模型试验所得到的各基桩平均端阻比推导了高承台超长群桩桩身弹性压缩量的计算公式,并介绍美国路桥规范对超长桩桩身弹性压缩量的估计方法,然后再按照国内现行规范方法对压缩土层进行沉降计算,最后将总沉降理论计算值与试验值相比较。研究结果表明,考虑桩身弹性压缩量的高承台超长群桩总沉降理论值与试验值比较接近,桩身弹性压缩量占总沉降量的10.3%,可见不能忽略桩身弹性压缩量对高承台超长群桩总沉降的贡献;此外,采用美国规范对其估计的简便方法也是可行的。     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。