水平承载下超大群桩受力变形特性的模型试验研究

李子沟特大桥是内昆线上的重点工程,采用了超大群桩基础。为了进一步完善对超大群桩基础的力学行为的认识,运用模型试验分析了在水平承载下超大群桩基础的内力分布特点、群桩的承载性状和受力变形特性,得出了在不同荷载水平作用下,桩身各截面弯矩和水平位移等关系曲线和数据。试验结果表明,桩体上部受荷载的影响最为显著,最大弯矩发生在与承台连接附近的桩身处,弯矩沿桩身向下呈非线性递减,沿荷载作用方向桩前后土体的力学行为是不同的。     

基坑开挖与临近横向推力桩基础的相互影响研究

以成绵乐客运专线双流机场车站基坑及临近的T2航站楼斜拱桩基础为例,采用有限元数值方法对基坑开挖至不同深度、桩基础加载条件下,基坑围护结构和桩基础的水平位移、桩身弯矩等进行了计算。通过计算结果的对比分析,得出了基坑开挖与邻近桩基础相互影响的基本规律。研究表明:受与基坑临近的、所受水平推力指向基坑的桩基础影响,基坑围护墙水平位移、开挖侧最大弯矩均比基坑单独施工时的大;桩基础承受荷载时基坑的开挖深度越小,基坑开挖至坑底时围护墙的侧向位移越大,基坑开挖引起的桩基础承台水平位移也越大,基坑开挖对桩基础前、后排桩的桩身弯矩影响也越大;基坑开挖引起的桩基础前、后排桩桩身弯矩主要使其远离基坑侧受拉。     

桩头加强型预应力管桩与承台连接处受弯性能试验研究

水平地震作用下,桩与承台连接处会产生很大的弯矩和剪力,为避免连接处过早发生破坏,需要对桩与承台连接处进行加强。通过对制作的加强型与普通填芯混凝土管桩的水平往复加载对比试验,对比两种试件在各级荷载作用下荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、裂缝发展变化及抗弯能力,得出加强环的约束作用能够使锚固钢筋的作用更好地发挥,连接处发生破坏后,加强型试件并未像普通型试件一样承载力骤然降低,表明加强型试件连接处水平承载力、位移及延性等都较普通试件有大幅度提高。     

加强型预应力混凝土管桩与桩帽连接处受弯承载力试验研究

桩基础在水平地震力作用下,产生弯矩和剪力在桩头最大,导致承台和桩身连接处过早发生破坏,因此,需要对桩与承台连接处进行加强,通过现场对制作的加强型试件填芯混凝土管桩进行水平往复加载,研究各级荷载作用下其裂缝发展变化,并绘制荷载位移、应变曲线,得出填芯混凝土管桩抗弯承载能力比普通管桩有大幅度提高,加强环劈裂裂缝的扩展使节点处抗弯承载力迅速降低。发生连接处破坏后,填芯部分和加强环仍保证其有较大承载力,而整个加载过程中加强环根部应变较小且阻止了管桩在出现裂缝前其节点处发生破坏。     

软粘土海床中单桩基础水平循环承载与变形特性试验研究

通过开展室内软粘土海床地基中单桩基础水平静载和水平循环荷载模型试验,研究了单桩基础的水平承载与变形特性。主要有以下结论:(1)水平静载作用下,单桩基础极限承载力约为100 N,桩身最大弯矩大约位于z=4D位置处;(2)水平循环荷载作用下,单桩基础桩身弯矩和位移随着循环加载次数增加,桩身最大弯矩位于z=3~4D位置处,并提出了水平循环荷载下桩身位移计算模型。同时,基于试验结果,本文建议用于表征土体在循环荷载作用下的弱化效应系数A取值为0.52较为合理。     

组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。     

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。     

复杂荷载下横坡段桥梁桩基承载特性试验研究

以相似理论为基础,考虑边坡坡度及墩柱高度的影响,设计并完成了复杂荷载作用下横坡段桥梁双桩基础室内模型试验。研究发现:柱顶竖向及水平向组合荷载可导致2~5倍桩径范围坡面出现"八"字形裂缝;复杂荷载作用下横坡段桥梁双桩基础的破坏模式主要是坡体横向侧移导致墩柱偏斜、基桩变形过大等。试验结果对比分析表明:柱顶水平位移约为桩顶水平位移的2倍,前、后桩桩身弯矩分布规律与双排门式抗滑桩差异显著,桩身上段均存在较大负弯矩,双桩桩顶边界条件设成弹性嵌固更为合理。桩、柱顶水平位移及前桩桩身最大弯矩均随边坡坡度θ的增加呈非线性增长,而随墩柱高度h的增加近似呈非线性增长。通过实测桩身弯矩的回归分析得到了前、后桩桩身弯矩关于横坡坡度θ、柱桩长度比h/l及坡顶竖向荷载p2的拟合公式,且相关指数R2均大于0.9。     

高桩承台斜桩基础的地震反应数值分析

为揭示地震荷载作用下高桩承台斜桩基础的地震反应特性,以3种地震波（唐山波、EI波、迁安波）为例,采用三维弹塑性动力有限元技术,分析了桩身倾斜角度、自由桩长对高桩承台斜桩基础地震反应的影响规律。结果表明：各模型桩身轴力最大值均出现在冲刷线以下2.5 m左右,而桩身弯矩最大值均位于承台与桩顶交界处;相同模型的左、右斜桩除竖向位移、Y方向弯矩沿桩身呈对称分布外,加速度、水平位移、轴力、总弯矩沿桩身的分布规律相同;承台高度越大,自由桩长越大,桩身轴力越大而弯矩越小;桩身倾斜度越大,其轴力与弯矩均越大,承台高度对桩身内力的影响大于桩身倾斜度;地震荷载中斜桩的加速度与位移反应降低,但轴力和弯矩增大,斜桩总弯矩主要受控于Y方向的弯矩。     

京石客专声屏障桩基础水平静载试验及数值分析

对京石客运专线路基声屏障桩基础进行水平静载试验,测试桩顶位移、桩身弯矩,确定其临界荷载,重点研究其变化规律,并与有限元计算结果进行对比分析。结果表明,在预估最大水平荷载下,桩顶水平位移很小,本试验桩水平承载力很大,水平临界荷载为360 kN,桩身弯矩分布沿桩身先增大,后减小,呈马鞍形,最大弯矩出现在桩顶下1~2m的位置,并给出该地基土水平抗力系数的比例系数m的建议值,有限元计算结果与实测结果吻合较好。     

斜桩基础受力特性研究

针对斜桩基础问题,开展了水平荷载下斜桩群桩受力特性的模型试验。试验结果表明:斜桩土表处桩身水平位移以及残余水平位移均小于竖直桩,并随着斜桩倾斜度的增大而减小;桩身弯矩随着循环次数的增加而增大,斜桩桩身弯矩相对竖直桩较小。     

20万吨级卸荷式板桩码头离心模型试验研究

中国板桩码头结构的设计和建设从2000年前的3.5万吨级到现今的20万吨级,有了长足的进步。新提出的一种20万吨级卸荷式板桩码头结构,考虑了刚性较大的T型地连墙方案和柔性较大的组合钢管桩前墙方案,与之相对应的卸荷承台群桩基础结构中分别设置2排和3排直立灌注桩。开展了大型土工离心模型试验,对这两种方案的卸荷式板桩码头结构性能进行了验证。结果发现,这两种方案都是可行的,前墙位移均在允许范围内,其中刚性较大的T型地连墙方案中,前墙锚着点位移较小,但墙身弯矩反应较大,拉杆力较小,承台群桩基础结构中灌注桩弯矩反应正常,而柔性较大的组合钢管桩方案中,前墙锚着点位移较大,但墙身弯矩反应较小,拉杆力较大,承台群桩结构中灌注桩弯矩反应较强。前墙和灌注桩弯矩反应强烈程度所呈现的此消彼长特性,揭示了卸荷式板桩码头中单锚式板桩结构部分和卸荷承台群桩基础结构部分之间的荷载分担工作机制。     

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。     

竖向荷载作用下支盘桩水平动承载性能模型试验研究

在对模型桩基施加水平振动荷载的同时,施加桩顶竖向荷载,对一根等直径桩和两根承力盘位置不同的支盘桩进行模型对比试验。结果表明:支盘桩与等直径桩相比,其承担水平动荷载的性能更加优越,且支盘桩的承力盘的位置接近桩顶时,这种优越性表现更明显;桩身动弯矩的大小随着水平振动荷载幅值的提高而增大;在水平动荷载数值较小时,竖向荷载的存在能够适当降低桩身弯矩值,对桩的水平动承载性能有利;当桩身水平动荷载数值增大,竖向荷载将会增大桩身弯矩而变为不利因素。     

桩基水平承载力群桩效应系数试验研究

本文通过桩基水平静载模型试验,对水平荷载作用下桩基础的承载特性与群桩效应系数进行研究。研究表明:①灌注桩在水平荷载作用下,大致可分为三个工作阶段:直线变形阶段、弹塑性变形阶段和破坏阶段;②根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)计算所得的群桩效应系数较实测值偏小,规范偏安全;③在群桩效应的作用下,群桩中各基桩荷载分担不均匀,前排角桩分担荷载最大,但桩身(顶)弯矩最大值仅为同等位移条件下桩顶自由单桩桩身弯矩最大值的0.4倍左右;④桩间距一定时,桩数的增加对桩基水平承载力的提高程度较小,但可以使群桩中各桩的荷载分担更为均匀。文中的相关试验成果可为单、群桩基础水平承载机理的进一步研究提供依据。     

基于Pushover分析的群桩基础抗震性能分析方法

把桥梁群桩基础作为一个整体构件,基于Pushover分析,提出群桩基础的抗震性能分析方法,建立承台底荷载模型和非线性群桩基础结构模型(弹塑性桩身模型、非线性边界条件),并提出衡量群桩基础抗震性能的双指标(位移延性系数和抗力增大系数)。根据这一方法,选取一个实际的桥梁群桩基础作为背景建立群桩基础的非线性结构模型以及一系列的荷载工况,计算各种荷载水平对应的群桩基础推倒曲线,并采用本文建议的位移延性系数和抗力增大系数进行抗震性能评价。结果表明:承台底的轴力和弯矩水平虽然对群桩基础的屈服状态和极限状态对应的水平力和位移有显著影响,但对整体抗震性能指标影响很小;在各种荷载水平下,群桩基础的位移延性系数和抗力增大系数都较小。     

高桩基础水平静载和撞击模型试验研究

开展了水平静力和撞击荷载作用下高桩基础的 1<>g 大比例模型试验研究,测试获得了桩顶水平静动力作用力、桩身水平静力变形、桩身水平振动响应、桩身静动力弯矩及桩侧静动力土压力等。发现由实测桩身静力弯矩推算的桩周土反力规律与实测静态桩周土压力规律较为一致;水平撞击荷载作用下,动态桩周土反力与撞击力时程曲线密切相关。结合弹性地基梁线弹性动力模型及静动力 <> p – <> y 曲线模型的分析揭示了桩土静动力相互作用机理及其对桩基内力和变形的影响规律。综合比较了上述分析模型的理论计算结果及试验实测结果,推荐采用复合刚度动力 <> p – <> y 曲线模型分析水平撞击荷载作用下的高桩基础,其分析结果与实测桩身振动响应和内力均吻合良好。最后采用该模型对现场防撞桩进行了防撞分析。     

水平受荷大直径单桩基础位移及内力研究

目前,海上风机多以大直径单桩基础作为主要基础形式。文中通过模型试验对水平循环荷载下大直径单桩基础风机进行研究,分析了桩基形式、加载次数和循环荷载比对风机累积位移和桩身弯矩的影响,建立了塔顶位移变化关系式,确定了最大弯矩值的相对位置,并作出了桩周土抗力的变化曲线,对类似项目的研究有一定的参考价值。     

通电加速锈蚀后弹卡式连接接头预制桩抗弯性能研究

为研究弹卡式连接预应力混凝土方桩在滨海环境下长期工作的耐久性能,对弹卡式连接与传统焊接式连接方桩接头试件进行了通电加速锈蚀试验,并对劣化后两种方桩接头试件进行了抗弯性能试验。结果表明:劣化后的弹卡式连接方桩接头试件整体连接性能保持完好,其开裂弯矩和极限弯矩试验值与桩身理论计算值较接近,试件受弯破坏形式为接头底部被拉开,弹卡连接件中插杆从小套筒中拔出而破坏;劣化后的焊接式连接方桩接头试件焊缝连接处锈蚀严重,其开裂弯矩和极限弯矩试验值相较桩身理论计算值下降幅度较大,试件受弯破坏形式为接头底部连接焊缝直接拉开,跨中接头底部两侧端板完全脱离。     

单桩水平静载试验在某场地拟建工程区的应用

桩基础以其有效、经济等优点被广泛使用,常应用于工业与民用建筑、桥梁、港口等工程[1],而桩的承载力是设计桩基础的关键。本文通过利用单桩在某场地进行水平静载试验,对单桩的水平极限承载力进行分析,研究水平荷载作用下桩的承载力、位移、桩的水平抗力系数及弯矩沿桩身的变化规律,确定单桩水平承载力特征值。