桩基变刚度调平前后在水平力及偏心荷载下的性状分析

基于有限元软件模拟分析,选取6种模型,在群桩总体积相同的条件下对比分析了桩基在竖向均布荷载作用下不同的布桩方式下筏板差异沉降、水平力及竖向偏心荷载作用下调平前与调平后筏板差异沉降、筏板在调平前与调平后的弯矩、桩在调平前与调平后的轴力与弯矩,得出桩基调平前后筏板与桩的受力变化规律,为理论分析变刚度桩的工作性状提供了参考。     

复合地基调平前后在水平力及偏心荷载下性状分析

采用MIDAS-GTS有限元软件,模拟了复合地基的6种模型。首先保证刚性桩总体积相同,在竖向均布荷载下,通过调整群桩桩长使其基础整体受力均匀后调平基础,对比模型的4种调平方案,选出最佳的调平模型;然后采用群桩的最佳调平模型在筏板上进行水平力及偏心荷载下的等效受力计算,同时采用基础调平前(等刚度布桩)的计算模型在水平力及偏心荷载下进行受力计算;最后对基础调平前后的差异沉降、弯矩大小与群桩的轴力、弯矩进行了对比分析,得出刚性桩复合地基变刚度调平前后筏板与群桩的受力变化规律,为优化复合地基变刚度桩的研究工作性状提供了参考。     

地震荷载下刚性桩复合地基变刚度调平前后的性状分析

基于ABAQUS有限元软件模拟分析,通过模拟土的动力本构模型,选取合理的人工边界,建立了2种刚性桩复合地基与上部结构相互作用体系有限元动力分析模型,采用时程分析法对刚性桩复合地基调平前后进行地震响应分析。结果表明,调平后刚性桩复合地基对相互作用体系中上部结构的动力反应明显要比调平前时动力反应小;调平后的筏板基础在地震荷载载作用下,筏板较调平前的弯矩更小,差异沉降也更小;调平后刚性桩复合地基中,在地震荷载下长桩的最大弯矩和水平位移远大于短桩,长桩在变刚度处弯矩较大,容易发生断桩。通过对比指出,调平后刚性桩复合地基在同等经济条件下抗震性能优于调平前。     

复合地基变刚度调平设计研究

基于数值模拟,对比分析了6种变刚度复合地基模型的不均匀沉降、桩顶反力、土反力、筏板内力;比较了变桩长、变桩径和变桩间距等方法实现复合地基变刚度调平的效果,并进行优化布桩分析.研究表明:基础差异沉降随荷载的增加先增大后减小;变桩长、变桩距相结合的方案有利于改善筏板的内力状况,降低筏板的弯矩,减小不均匀沉降,为最理想的调平方案.     

变刚度调平布桩模式下筏底地基土承载性状研究

针对桩基变刚度调平设计方法进行了现场大型模型试验和具体工程实测跟踪分析,测量了变刚度调平布桩模式下筏底地基土反力,对比模型试验和工程实测结果分析了不同荷载级别下桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比规律。按变刚度调平原则进行设计的桩筏基础,主楼荷载向两侧裙房传递的范围约为裙房1.25跨左右,荷载扩散强度随裙房层数增多而增大。筏板边缘与中心点处土反力比值在1.89~1.23之间。相当于工作荷载时,筏板下地基土约分担总荷载的37.5%,并随荷载增大而提高。这说明变刚度调平设计将核心筒外围设计为复合桩基既合理又能有效地发挥桩和承台的承载作用,减小用桩量,还可最大限度减小差异沉降。     

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。     

桩筏基础的筏板分块探讨

采用三维有限元方法,就工程中常见的桩筏基础在竖向荷载作用下桩—地基土—筏板共同作用时的特性进行探讨,重点分析筏板分块面积大小对桩土分担比、筏板内力(特指弯矩和扭矩)、最大沉降量和最大沉降差的影响,从而得出有益的结论并提出了设计建议。     

上海地区某高层建筑桩基设计研究

以上海地区某高层建筑桩基设计为背景,首先介绍了桩基选型、持力层、地下水位高度、桩端后注浆的确定过程.其次通过假定初始桩刚度,迭代计算确定设计桩刚度,结果表明,桩基沉降和筏板内力与初始桩刚度相比均有较大的不同.进行了桩基变刚度调平设计,可以减小差异沉降、筏板内力和上部结构次应力.比选了抗浮工况下3种桩基布置方案,选择了柱...     

超高层筒中筒结构桩筏基础共同作用现场实测与数值分析

通过对陕西省邮政电信网管中心大楼桩筏基础的沉降观测及反力的部分现场实测结果的分析,利用大型有限元软件ANSYS ,地基土采用弹塑性本构关系,筏板采用中厚板理论,建立了超高层筒中筒结构、桩筏基础和地基土的三维有限元模型,进行了三者在竖向荷载作用下共同作用的非线性数值分析,对黄土地区超高层建筑桩筏基础的沉降、受力和桩土分担比进行了探讨。分析表明:基础沉降、桩土荷载分担比等实测结果与数值分析吻合较好,在黄土地区建设超高层建筑采用超长灌注桩对于减小基础沉降有显著效果;筒体结构对基础刚度贡献的影响范围约为8层;筏板内力分布复杂,与上部结构形式和布桩方式等因素密切相关,且筏板悬挑端部弯矩很大。     

自适应位移调节下摩擦桩系列模型试验研究

 为深入研究设置位移调节器后桩筏基础桩土共同作用机制及变刚度调平效果,通过2组室内模型试验,对比分析摩擦型单、群桩在常规工况及位移调节下的工作性状。试验结果表明：(1) 单桩试验中位移调节器明显改变荷载传递规律,优先并充分发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比,但是桩顶以下一定范围内存在负摩阻力;(2) 摩擦型群桩试验中使用位移调节器,可优化桩基支承刚度,充分发挥地基土承载力的同时顺利实现桩筏基础的变刚度调平,有效减小筏板差异沉降。试验成果可为进一步的理论研究提供试验依据。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

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。     

Influence mechanism of vertical-horizontal combined loads on the response of a single pile in sand

Pile foundations are used to support both vertical and horizontal loads in many geotechnical projects, such as the coastal and offshore engineering. The responses of piles under vertical-horizontal combined loading are separately analyzed and then superposed in current design practice. This simplified analysis approach does not take the coupling effect of the combined loads into consideration. The research on this topic is limited and the results reported to date are inconclusive with regard to the influence of vertical loads on the horizontal response of piles. In this paper, a series of centrifuge model tests under different vertical-horizontal combined loading conditions was performed to investigate the influence rules and mechanism of the combined loads on the response of piles in sand. The vertical load is shown to densify the soil near the pile and therefore decrease the horizontal displacement and bending moment of the pile: this is termed the “soil densification effect”. The vertical load induces an additional bending moment of the pile due to the lateral deformation of the pile: this is termed the “P-Δ effect”. The soil densification effect plays a dominant role in the early horizontal loading while the P-Δ effect is strengthened as the horizontal loads increases. These compound effect of these two seemingly opposing effects is a decrease in the bending moment of the pile decrease first then increase as the horizontal load increases. Additional settlement of the pile is caused by horizontal loading and isa positively correlated with the pre-vertical loads.     

Centrifuge model tests on piled raft foundation in sand subjected to lateral and moment loads

Piled raft foundation has been widely recognized as a rational and economical foundation system with the combined effects of raft and piles. However, the behavior of laterally loaded piled raft foundation has not been well understood due to the complicated interaction of raft–ground–piles. A series of static horizontal loading tests were carried out on three types of foundation models, i.e., piled raft, pile group and raft alone models, on sand using a geotechnical centrifuge. In this paper, the influences of relatively large moment load and rotation on the overall performance of laterally loaded piled raft foundation were examined. From the centrifuge model tests, it is found that the vertical displacement due to horizontal loads is different between piled raft and pile group foundation, and this vertical displacement has significant influences on the performance of laterally loaded piled raft foundation. The horizontal resistance of the pile part in the piled raft foundation is higher than those observed in the pile group foundation due to raft base contact pressure. The vertical displacement of the foundation due to the horizontal loads affects the vertical resistances of piles, which results in the different mobilization of moment resistances between the piled raft and pile group foundations.     

双隧道不同开挖顺序对临近群桩的影响研究

双隧道不同开挖顺序对临近群桩承载性能的影响鲜有报道。针对此问题,采用基于地层损失比的位移控制有限单元法(DCM),对软土地基中不同埋深双隧道不同开挖顺序对处于工作荷载下群桩工作性能的影响进行研究,并与相关离心模型试验结果进行比较。得到以下结论:双隧道不同开挖顺序对群桩桩顶附加沉降和群桩承载能力损失影响差别显著,当先开挖上覆隧道时,群桩桩顶的附加沉降量为先开挖下置隧道时的1.25倍,且群桩承载能力的损失率约为后者的1.2倍;两工况中第二个隧道的开挖使得群桩中前桩附加弯矩和后桩附加弯矩均有明显的增大,此与分居群桩两侧但埋深相同的双隧道开挖对群桩弯矩的影响规律迥异;两工况下均产生较大的附加弯矩和附加轴力,且最大附加弯矩和最大附加轴力均位于上覆隧道轴线附近。     

Comparative study of load distribution ratio of various piled raft foundations based on coupled stiffness matrix

Load distribution ratio of piled raft foundation was investigated based on an interactive foundation analytical method that considers the coupling effect between the stiffness of the superstructure, the piled raft, and the soil. Series of numerical analysis was performed to verify the proposed analytical routine in comparison with various methods and field measurements. Through the comparative studies between various piled rafts with different aspects, it was found that the proposed analytical method derived accurate results in structural response compared with actual field data, in settlement, load distribution ratio, and raft bending moment. And it was also found that the proposed analytical method was capable of considering interaction between superstructure and foundation in predicting the behavior of building structures. As a result, it was found that in most cases, the pile in the piled raft foundation supports a majority portion of the structural load. However, for cases where the length of the pile was short and acts as a short column, the load distribution ratio between raft and pile may be overturned and shows significantly different behavior and load distribution ratio.     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明:桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d~7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。     

高低承台桩基地震行为差异研究

 对于采用桩基的各类结构,按承台埋没于地基土体与否,可区分之高、低承台桩基型式。在许多实际工程中,因回填土或欠固结土地基的继续沉降,或因土体流变或场地震陷等后沉降效应,均可致使承台与土体接触解除,即先前按设计采用的低承台桩基可能转为高承台型式。在静力条件下,这将导致桩身产生负摩阻力而降低其部分竖向承载能力;然而,在地震作用下,通过开展离心机地震模型试验和ABAQUS计算分析发现：当承台与地基土体脱离时,桩基最大弯矩设计值将会增大,且弯矩有效深度也将变深;更且,基础(承台)周期明显延长,充分表明高、低承台桩基型式地震行为差异迥然,高承台桩基型式较之相应低承台情况更为不利,在抗震设计时应充分予以认识、考虑。