水平循环荷载下高桩基础受力性状模型试验研究

近海高耸结构基础承受风,浪,波流等水平循环荷载作用,受力变形性状十分复杂.在饱和粉土地基中完成了单桩和群桩的水平循环加载试验,揭示了单桩和群桩响应随循环加载的变化规律.试验结果表明循环加载使桩周土体产生累积塑性变形,桩-土体系水平刚度随循环次数增加不断下降;先期循环加载对后期加载的刚度有着明显影响;群桩中各基桩分担的水平荷载比例随循环加载发生重分配,前排桩的作用得到更多发挥;荷载循环效应对群桩的影响大于单桩.基于p-y曲线法引入循环效应系数以考虑荷载循环的影响,并将该方法与其它文献方法和试验结果作了对比验证.     

水平承载桩的p-y曲线有限元分析

利用p—y曲线来考虑土的非线性，并与杆系有限元相结合，同一土层单元体内采用线性函数来逼近土对桩的约束反力，推导了桩—土相互作用的单元刚度矩阵，使桩—土相互作用的模型更趋合理。算例表明，计算结果更符合实际。     

砂土中水平桩不同p—y曲线尺寸效应研究

通过现场水平受荷桩试验,评测现有砂土中p—y曲线模型准确性随着桩径增加或变形增加的精度,并选用现场实验数据,评测三种p—y曲线模型预测桩身弯矩的精度,该结果可广泛应用于工程中砂土不同直径水平受荷桩的非线性分析,为大直径的水平桩受荷分析提供建议。     

大直径单桩水平受荷机制数值研究

大直径单桩基础是目前使用最广泛的海上风机基础形式。目前,水平受荷桩的分析与设计普遍采用基于Winkler地基模型的p—y曲线法,即将土体简化为一系列分布弹簧,将桩基简化为梁单元。但是,现有规范中给出的p—y曲线是基于试桩桩径主要不超过1.2 m、长径比大于20的现场水平荷载试验结果得到,并不适用于大直径刚性短桩。基于三维有限元模型,对大直径单桩的水平受荷机制展开研究。研究表明,API远远高估了大直径单桩基础的初始刚度,而低估了土体极限抗力。大直径大桩基础的破坏模式分为浅层的楔形破坏和深层的面内转动。     

成层土中基桩水平承载性状分析

基于现场试验成果反演分析得到的成层土体的非线性p—y曲线,采用LPILE Plus软件分析了桩顶约束条件和桩侧土体抗力特性对桩顶位移和桩身弯矩的影响,并根据分析结果,提出一些建议,以供工程设计参考。     

水平振动荷载作用下支盘桩模型试验研究

基于自行设计的桩-土动力相互作用模型试验装置,对2根承力盘位置不同的模型支盘桩施加强烈水平振动荷载,采用数字式变频仪控制荷载频率,通过不同弹簧的刚度系数实现不同大小的荷载级别,分析不同激振频率和激振荷载作用下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。试验表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高;随着激振荷载的增大,支盘桩的动力响应随深度增加逐渐减小,反弯点位置逐渐下移,桩身的最大动弯矩发生在距桩顶1/3左右深度处。承力盘的设置改变了桩身的变形和受力状态,能够提高桩身平衡弯矩的能力,是对桩基的结构优化设计,且承力盘设置在桩身靠上有利于水平动承载力的提高。     

基于 p – y 曲线法的超长桩非线性数值分析

引入横向等效载荷概念 ,根据弹性力学变分原理,推导出了具有对称形式的杆单元 P – Δ 效应刚度修正矩阵。同时结合 p – y 曲线法, 从 Newmark 弹簧支座的概念出发,考虑横向 抗力分布 的影响,提出了与有限杆单元法相适应的非线性弹簧设置方法。 结合以上改进,建立了 相应的倾斜荷载 桩非线性有限杆单元 分析模型 。基于该模型编制了有限元程序,对具体工程实例进行了计算,并将计算结果与工程实测数据,以往方法的计算成果和通用有限元软件的模拟结果进行了对比分析,验证了模型的正确性和可行性 ,同时利用该方法计算分析了 P – Δ 效应的影响程度。     

水平荷载作用下群桩p-y曲线数据研究

对于海洋导管架平台之类的群桩基础,尽管上部结构对桩基础有很强的约束作用,分析表明把群桩桩头视为完全固定支承条件是不恰当的,因此将上部结构和群桩基础作为整体结构来分析才能得出与之相适应的p-y数据。为此本文采用非线性地基梁群桩模型与上部结构组成整体结构模型,分析了水平荷载作用下群桩桩头变形的情况,在此基础上提出了一种确定群桩p-y数据的迭代分析方法。由于该方法是利用群桩p-y数据、借助整体结构模型的群桩计算模型进行分析,从而使群桩p-y数据能客观反映弹性约束桩头群桩的相互作用与变形特性。     

分层土中支盘桩水平承载特性模型试验研究

制作支盘桩单桩和群桩模型试验装置,对处于分层土和均质土中的单桩和群桩基础进行室内水平静载荷模型试验,分析土层性质和承力扩大盘位置对桩水平承载特征的影响.结果 表明上层土的性质对支盘桩水平位移、桩身弯矩和桩侧土压力的影响明显,特别是对扩大盘靠近桩身上部的单桩,上层土加固能显著降低桩顶的水平位移,提高桩的水平承载力;对支盘桩群桩基础,扩大盘所处的上层土较软弱时,群桩效应明显;上部土层加固后群桩效应减弱,各基桩近似独立工作,再加上承台对桩顶的固接约束作用,桩身弯矩和桩侧土压力均显著减小.     

大直径加翼单桩水平承载性能离心模型试验研究

 采用离心模型试验,研究近海风电场风机基础中的大直径单桩及加翼单桩的承载机制。加翼单桩是基于近海风电场常见的单桩基础,为进一步利用近地表浅层土的土抗力,在泥面下加装稳定翼钢板的新型基础型式。共开展9组离心模型试验,研究不同翼板的尺寸参数(宽度、长度)和埋深以及加载高度条件下加翼单桩的水平承载力。试验结果表明,翼板的设置可以明显增强单桩的水平承载力,增强的幅度与翼板的尺寸参数及埋深有关。研究成果为指导加翼单桩的设计和施工提供了可靠的试验依据。     

土体侧移作用下既有轴向受荷桩性状的室内模型试验研究

堆载或开挖等引起的土体侧移对邻近轴向受荷桩的承载和变形性状可能会产生负面影响,对于这一问题目前尚缺乏充分的研究。采用室内模型试验研究轴向受荷桩在土体侧移作用下的承载和变形特性,重点分析了土体侧移、桩顶轴向荷载以及群桩效应等对桩基性状的影响。试验结果表明,桩顶轴向荷载和土体侧移的耦合作用使得桩身弯矩和位移均相应的增大;而两桩中的前桩对后桩具有遮拦效应,前桩的存在使得后桩的弯矩和变形明显变小。在工程实践中应充分重视土体侧移与轴向荷载的耦合效应对桩基性状的影响。     

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中 2 根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型 p – y 曲线,通过引进 Poulos 循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型 p – y 曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范 p – y 曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的 p – y 曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。 建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响, 对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。     

超高吨位灌注桩静载试验中的预应力混凝土反力装置

在复兴大桥超高吨位灌注桩的静载试验,预应力混凝土反力装置替代了传统的钢梁反力系统。这套装置主要包括预应力锚桩、预应力承台与预应力反力梁。试验结果表明,直接获得超高吨位大直径嵌岩桩的极限承载力相当不易,而对这类问题预应力混凝土反力装置是值得考虑的。     

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。     

基于静力触探试验的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失预测研究

选取典型成层地基场地并设计试坑开挖卸荷试验,开展了基于静力触探(CPT)测试的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失程度预测研究。通过在试坑开挖卸荷前后进行CPT原位测试,得到了试坑开挖卸荷前后的CPT贯入锥尖参数变化规律。进而基于CPT测试p–y模型研究了基坑开挖卸荷前后邻近既有单桩的水平承载力损失及桩身弯矩分布特征。分别考察了基坑开挖卸荷后邻近桩基试桩加载模式下的残余水平承载力和桩顶加载联合土体位移共同作用下的卸荷桩基水平承载特性。研究表明,依据真实卸荷土体CPT参数更能准确预测桩基水平承载力损失程度及损失特征,卸荷桩设计阶段须同时考虑卸荷桩较自由场地桩基的水平承载力损失及土体运动位移对桩基水平承载的影响。以上研究为合理确定基坑开挖引起的既有桩基水平承载力损失提供了一种技术思路,同时对卸荷桩水平承载性能评价具有参考意义。     

单桩静载荷试验的理论模拟及影响因素分析

应用基于 Mindlin 位移解的弹性理论法建立了堆载法和锚桩法单桩静载测试过程的理论模拟方法,对两种测试方法进行了对比分析。重点研究了基准桩布置对两种测试方法结果的影响,结果表明：堆载法和锚桩法测试均夸大了单桩刚度,且锚桩法比堆载法更明显;另外,按照现有桩基检测规范进行的桩基测试在一定的条件下对单桩刚度的影响较大。要充分利用压重平台卸荷或锚桩上拔引起基准桩的上抬和测试桩桩身应力引起基准桩的下沉叠加来降低对测试结果的影响。     

多级扩径桩承载特性模型试验及计算研究

在宁波砂质粉土中开展了等直径桩、扩底桩、扩径桩(多级扩径)抗压静载模型试验,测试获得了单桩承载力–沉降(Q–s)曲线、桩侧摩阻力,对比分析了3种桩的承载特性,并推导建立了多级扩径桩承载力和沉降计算公式,结果表明:多级扩径桩更能充分地发挥扩大头下端土体的承载作用,具有提高承载力、减小沉降的作用;受到扩大头的影响,多级扩径桩中部侧阻无法充分发挥,但扩径阻力是荷载传递的重要方式;建立的多级扩径桩的承载力及沉降计算公式较为合理。     

弱化饱和砂土中桩的p–y曲线与极限抗力研究

利用给土层施加反压的方法控制饱和砂土中的超孔隙水压力,以此模拟饱和土层液化过程中具有一定残余孔压时的弱化状态。进而对不同弱化状态饱和砂土与桩的相互作用进行模型试验,研究p–y关系与水平极限抗力随饱和砂土中残余孔压增加时的变化规律。结果表明:对于相对密度为30%的饱和砂土,随土层中残余孔压增加,同一水平位移下桩受到的土层抗力逐渐降低;如果土层中无残余孔压,桩的水平极限抗力实测结果与理论计算结果接近;当土层中的残余孔压分别达到土层上覆有效压力的0.25,0.5,0.75倍时,桩的水平极限抗力分别降低30%,55%与80%;土层液化后,桩的水平极限抗力大约降低90%,这点与已有的振动台及离心模型试验结果基本一致。     

坡顶斜向受荷桩工作性能的室内模型试验研究

位于边坡顶面上的建(构)筑物桩基,具有承重和阻滑双重功能,又兼有抵抗水平荷载或倾斜荷载作用,其受力性状远比边坡内部的抗滑桩、水平地面上的横向受荷桩或倾斜受荷桩复杂。通过对位于粉土边坡顶面上5组11根刚性混凝土短桩的室内模型试验研究,初步得出了坡顶斜向受荷桩的位移、弯矩、桩侧土抗力的分布规律;通过对桩侧土抗力与桩身位移等试验结果的深入分析,提出了坡顶斜向受荷桩侧向阻力与位移关系曲线的可能型式及统一的简化p-y曲线表达形式,为有关规范的修订和改进工程设计提供了参考。