轴、横向荷载下微倾单桩地基反力法的解析解

对轴、横向荷载下微倾单桩侧向变形和内力进行研究,求得地基反力系数为常数时的解析解.采用Fortran语言编制了计算程序,并通过与模型试验结果进行对比来验证解及程序的可靠性.算例分析表明,桩身最大位移和最大弯矩随桩身初始倾角的增加而近似线性增大,且其变化速率随轴向荷载的增加而增大;桩身最大位移和最大弯矩随轴向荷载的增加而增大,且其变化速率随桩身初始倾角和轴向荷载的增加而增大.桩顶自由时桩身最大弯矩距离地面的距离随桩身初始倾角的增加而增大,且其变化速率随桩身初始倾角的增加或力矩荷载的减小而减小;桩身最大弯矩距离地面的距离随轴向荷载的增加而近似线性减小.所得解答使桩身侧向响应计算更符合工程实际.     

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。     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

基于地基系数法的横向受荷桩通解研究

为完善和改进基于地基系数法的桩身内力计算通解,以文克尔假定和幂级数法为理论基础,推导了考虑桩身计算宽度非线性的通解以及通过简化得到计算宽度线性的通解,并给出相应的通解表达式,从而将目前基于地基系数法的桩身内力计算理论进行发展和统一.通过对其初值条件进行研究总结,得出目前常用的4种桩顶边界和5种桩端边界条件,进而给出其相应的计算表达式,从而解决了横向受荷桩的计算问题.     

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数. 根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程. 考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法. 通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性. 分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律. 减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.     

考虑桩身自重影响的超长桩屈曲分析

由于超长桩的桩身自重较大,其对超长桩稳定性有重要影响。已有的研究大多只考虑桩侧土抗力的影响,能同时考虑桩侧土抗力和桩身自重两个影响因素的超长桩屈曲荷载计算公式目前还很少报道。本文同时考虑桩侧土抗力和桩身自重的影响,通过选择合适的桩身挠曲变形函数及桩侧土弹性抗力模式,基于能量法给出了顶部有集中荷载、部分埋置于Winkler地基中超长桩的屈曲荷载和计算长度的解析表达。最后分析了桩侧土抗力和桩身自重对屈曲荷载的影响。结果表明桩侧土抗力是影响屈曲荷载的主要因素。当桩身埋置率(h/L)较低时,桩身自重对屈曲荷载的影响不容忽视;但随埋置率的增加,桩身自重对屈曲荷载的影响甚微。     

纵横荷载下单桩地基反力法的半解析解

为深入研究纵横荷载作用下的单桩响应,引入地基反力系数的一般形式,通过把地面以下桩身分成很多等长的小段并假定每段上桩身轴力和地基反力系数为常数,求得桩身响应的半解析解.结合已有的地面以上桩身响应的幂级数解,采用Fortran语言编制了计算程序.计算结果表明：桩的最大位移和最大弯矩随水平荷载的增加而大幅度增大;纵向荷载可以...     

水平受荷斜桩双曲线型p-y曲线的构建及其应用

基于模型试验获得中密干砂中水平受荷斜桩的桩侧土反力p与桩身位移y的关系曲线,探讨斜桩和直桩的桩侧极限土反力、初始地基反力模量与桩身倾角的关系,构建砂土地基斜桩的双曲线型p-y曲线. 应用建立的双曲线型p-y曲线对文献[16,20]的模型试验进行计算,计算结果与实测结果具有较好的一致性,验证了建立的双曲线型p-y曲线的合理性. 运用建立的p-y曲线,分析影响水平受荷斜桩性状的因素,结果如下. 1）与桩顶自由条件相比,斜桩桩顶固支可以有效地减小桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力. 2）在竖向下压荷载作用下,正斜桩和直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加而增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加先减小至0,再反向增大. 在竖向上拔荷载作用下,直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而减小,正斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加先减小至0,再反向增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而增大.     

考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究

温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确,其受力与变形计算方法有待深入研究。在已有试验研究的基础上,建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型,推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答,并将其与试验结果进行对比,验证了理论模型及求解方法的可行性。影响因素分析发现：考虑温度变化和冻融循环作用的p-y曲线,更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低,桩身水平位移及弯矩越小,当T＞-5℃时,桩身内力与位移受冻结温度的影响较大;而当冻结温度T≤-5℃后,基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7次时,基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加而呈非线性关系增大。桩周土体经历7次冻融循环后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%。当冻融循环次数大于7后,桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。     

大变形条件下单桩水平承载性状分析

针对大变形条件下承受水平荷载的单桩基础,采用沿深度线性增加并能较好的反映上部土体抵抗侧向变形能力的地基反力系数,及简化的土体弹塑性本构关系,推导出桩身变形和内力的计算公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。算例表明:桩的水平位移和弯矩随水平力和力矩的增加而非线性增大;桩身位移随距离地面的距离的增加而减小,距地面的距离超过10倍桩径时桩身响应极小,可忽略不计;桩顶约束是桩身响应沿桩身分布的重要影响因素;随着桩周土体力学性质的改善,桩的最大位移和最大弯矩均明显减小。计算值与现场实测值吻合度很高,且比已有解计算结果更优,所得解及程序是可靠的。     

基于地基反力法的水平荷载单桩半解析解

为深入研究水平荷载作用下的单桩响应和桩土相互作用机理,引入了三参数法水平荷载桩的挠曲线微分方程;基于已有的地基反力系数为常数时桩的变形和内力的解析解,以及桩的响应的连续性,提出了半解析解.采用Fortran语言编制了计算程序,并通过特例情况下的解与已有解进行对比来验证所得解的可靠性.计算结果表明:桩长较大时,桩底的边界...     

Elastoplastic solutions for single piles under combined vertical and lateral loads

In order to improve the reliability of the design and calculation of single piles under the combined vertical and lateral loads, the solutions were presented based on the subgrade reaction method, in which the ultimate soil resistance was considered and the coefficient of subgrade reaction was assumed to be a constant. The corresponding computational program was developed using FORTRAN language. A comparison between the obtained solutions and the model test results was made to show the validity of the obtained solutions. The calculation results indicate that both the maximum lateral displacement and bending moment increase with the increase of the vertical and lateral loads and the pile length above ground, while decrease as the pile stiffness, the coefficient of subgrade reaction and the yielding displacement of soil increase. It is also shown that the pile head condition controls the pile responses and the vertical load may cause the instability problem to the pile. In general, the proposed method can be employed to calculate the pile responses independent of the magnitude of the pile deflection.     

基于数值试验的嵌岩桩横向承载力研究

采用有限元法对横向受荷嵌岩桩的现场试验加荷过程进行数值试验,获得和现场试验的加载范围内结果一致的荷载－位移曲线,验证了数值模型的合理性。并采用数值模型开展数值试验加载直至破坏,从而获得完整的荷载－位移曲线。基于已有的地基反力模量Ki 的解答方法,对现场试验数据进行回归分析,得出了荷载-位移曲线初始斜率Kh求解的经验公式,给出横向受荷嵌岩桩荷载-位移曲线的双曲线函数理论计算方法。通过与现场试验曲线的对比,验证了所提出方法的准确性。采用常用的四种横向受荷嵌岩桩承载力计算方法,对经过数值试验扩展的水平荷载-桩顶位移曲线开展分析,对不同方法的适用性进行了比较,建议采用双曲线函数法对横向受荷嵌岩桩的承载力进行计算。     

大直径钻孔灌注桩承载力试验研究

以某大直径桩基础工程为例,进行了5根Ф1500mm试桩的竖向与水平静裁荷试验,实测得到了桩的荷载．沉降曲线、不同桩身截面的轴力、水平力．位移．时程曲线、水平力位移梯度关系、临界承载力以及地基土水平抗力系数,探讨了大直径钻孔灌注桩的竖向荷载传递机理和水平荷载承载特性．试验结果表明：大直径灌注桩承载力由桩侧阻力与桩端阻力共同承担,但表现出很强的摩擦桩特征,这与桩长过长、桩底岩层较软以及成桩方法有关;在竖向荷载作用下,桩侧阻力由上至下逐步发挥,并逐步达到相应的极限状态;单桩水平最大位移可以取10mm。水平承载力可取900kN．建议采用位移控制设计此类桩基．     

桩梁式托换技术有限元分析

地铁施工穿越既有建筑物桩基础时,可采用桩梁式托换技术支撑上部结构和截除下方桩基础。运用ANSYS有限元程序中的“单元生死”技术,可对托换前、托换后和截桩三个托换工况下桩和框架柱的轴力变化以及变形特性进行数值分析。研究结果表明：被动托换是在桩截除时,托换荷载通过托换梁传递到托换桩,托换梁跨中的下挠会引起被托换框架柱轴力减少和邻近框架柱轴力增大;主动托换是在千斤顶的顶升过程中,托换荷载通过托换梁传递到托换桩,顶升过程中被托换处的各层框架柱轴力值增加,而邻近框架柱轴力减少;当顶升至被托换桩轴力为零再进行截桩,可保证截桩前后的托换体系轴力、变形不发生变化。主动托换桩顶沉降差与被动托换相比小得多。     

水平受荷长桩弹塑性解析计算

针对目前水平受荷桩计算中考虑土体非线性本构关系后,导致计算复杂或参数难以获取而不易于工程应用的问题,基于线弹性地基m法和桩侧土体简化的弹塑性本构关系,给出水平受荷半无限长桩控制方程的基本解,推导不同工况下桩身最大挠度和最大弯矩与荷载关系的统一的量纲一的解析表达式,编制简单的数学程序可以方便地计算最大挠度和最大弯矩.对复杂的解析解进行简化,计算表明,简化的计算式与解析解计算结果吻合很好,最大误差小于1%,借助计算器可以进行相关计算,大大方便了工程的计算应用.