管桩承载性状的数学描述

基于5根桩现场试验资料的分析,对表征管桩承载性状的桩顶荷载-桩顶沉降曲线、桩身压缩-桩顶荷载曲线进行了数学描述。结果表明:1)用Boltzmann数学模型拟合5根桩的桩顶荷载-桩顶沉降曲线,效果很好,相关系数都达到了0.996以上。2)从综合系数-桩顶荷载曲线图上可发现5根桩的曲线形状有3种类型。3根短桩的综合系数大,2根超长桩的综合系数小。这些反映出综合系数是一个变量而非常数,要由它来确定桩身压缩难度较大。3)用Boltzmann数学模型对桩身压缩-桩顶荷载关系曲线进行回归拟合,效果也很好,各单桩的相关系数都达到了0.996以上,5根桩的综合相关系数为0.9871。这样就可根据已有试桩资料的回归拟合曲线及其方程式来预测和计算该场地及其类似场地中钢管桩的桩身压缩。4)Boltzmann数学模型是适合描述钢管桩桩顶荷载-桩顶沉降、桩身压缩-桩顶荷载这两类曲线的,它为桩身压缩及其极限值的预测、为桩顶极限承载力的判定提供了新方法。5)极限荷载与长径比成大致的负线性关系。     

内置圆钢管斜柱扩展基础上拔水平力组合荷载试验

通过开展输电线路新型内置圆钢管斜柱扩展基础上拔和水平力组合荷载作用下的4个现场试验,分析了主柱配筋和锚固件设置方式对其承载性能影响规律,研究了该类型基础的破坏机理。结果表明：上拔水平力组合荷载作用下基顶荷载位移曲线具有明显的弹性、屈服阶段和破坏阶段;主柱纵筋可提高柱身强度,当柱身强度满足承载要求时,地基土体发生剪切破坏...     

DX桩单桩承载力的有限元分析

用有限元法对竖向桩顶荷载作用下DX桩桩周土的应力变形及桩身荷载传递特点进行了数值分析。给出了桩周土体的应力位移等值线,分析了扩径体数量、间距及形状对DX桩承载性能的影响,进一步揭示了DX桩的单桩承载力机理,可为DX桩的承载力设计提供参考。     

GFRP筋及钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验及荷载-位移模型

玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)锚杆是从非金属锚杆中发展出的新型复合材料锚杆,具有自重轻、抗拉强度高、造价低、抗腐蚀性能好、抗电磁干扰能力强等优点。基于某中风化花岗岩场地的GFRP筋及钢筋抗浮锚杆的破坏性拉拔试验,对抗浮锚杆在拉拔过程中锚杆杆体及锚固体的位移进行测量,分析了不同材质、不同锚固长度的抗浮锚杆的承载性能及杆体、锚固体相对滑移量的差异,对比不同荷载-位移模型并获得了最适宜岩石抗浮锚杆的荷载-位移模型。试验结果表明:在中风化花岗岩中,相同锚固长度下的GFRP抗浮锚杆比钢筋抗浮锚杆的破坏荷载增加13%~14%,GFRP抗浮锚杆更易发生杆体拔出破坏,锚固系统仍有残余承载力未发挥,使用GFRP锚杆代替钢筋锚杆具有可行性;与锚固长度为4.5 m的GFRP抗浮锚杆相比,锚固长度为6.5 m的锚杆杆体相对于锚固体的滑移量更大,增大GFRP抗浮锚杆的锚固长度可有效增加其相对滑移量,但提升钢筋抗浮锚杆的锚固长度对其破坏形态无明显影响;双曲线函数及幂函数荷载-位移曲线模型与实测值吻合度较差,指-幂函数曲线模型对本次试验锚杆的破坏荷载预测精度最高,曲线整体走势较一致。      

双向非均质土中填砂竹节管桩纵向振动理论与试验研究

填砂竹节管桩是一种新型复合桩基,通过竹节管桩、桩周填砂层和地基土共同承担上部荷载。基于考虑竖向波动效应的轴对称黏弹性土体模型研究其桩顶动力响应。利用虚土桩模拟桩底土体的支承作用,并对桩周介质进行径向和纵向分层,而后利用连续条件推得桩和桩周介质界面接触应力,根据拉氏变换和阻抗传递函数计算复合桩基桩顶阻抗解析解和速度时域响应半解析解,并讨论填砂层和竹节参数的影响;将理论曲线与现场试验实测曲线进行对比,结果表明,理论曲线和实测曲线吻合较好,所建模型能够反映实际工况下填砂竹节管桩的动力响应。研究成果对于填砂竹节管桩纵向振动的理论研究及工程应用具有一定的参考价值。     

DX桩桩周土应力场分布的模型试验研究

通过室内小比尺的模型试验,可以进一步为确定DX桩沉降计算公式提供必要的依据。在小型模型试验箱中,通过采用杠杆加砝码的装置对22 mm桩径的DX桩在砂土中进行研究,测定单桩的桩顶荷载-桩顶位移曲线,确定承载力,并与相同情况下的直孔桩进行对比;同时,利用微型土压力盒测定土中应力变化,研究荷载在土中的传递规律。试验结果表明,DX桩的承载力及沉降特性明显优于直孔桩;承力盘在上部和下部时,DX桩尽管承载力相差不大,但是盘在下部时会增大桩端附近土体的应力;两个承力盘的DX桩,两盘受力比较一致,且盘受力的影响范围,在竖     

挤扩支盘桩中支盘破坏形态的试验研究

用YAW-5000型微机控制电液伺服压力试验机对挤扩支盘桩中的支盘模型试件进行了荷载试验,测定了支盘的荷载-位移全程曲线,揭示了试验条件下的支盘破坏形态为斜压破坏;根据试验结果,建立了考虑混凝土强度、支盘的高宽比和盘径比等因素的支盘承载力计算公式,完善了支盘的强度设计及计算理论。     

按桩顶沉降量控制超长灌注桩竖向承载力研究

采用桩端阻三折线、桩侧阻双折线荷载传递模型,对基桩竖向承载力进行深入分析,提出了按桩顶沉降量控制大直径超长灌注桩基桩竖向承载力的设想,并导得了多层地基中桩周桩端土层处于各种不同状态下的竖向承载力解析解。该解答不仅能考虑桩周土的分层,还能考虑桩端土体的非线性及沉渣的影响。最后,采用本文方法对两根试桩的实测荷载-沉降曲线进行了比较分析,结果表明二者基本吻合,计算方法可供工程实践参考。     

基于荷载传递法的嵌岩桩负摩阻力计算研究

结合有效应力法及荷载传递法建立了嵌岩桩负摩阻力计算的分段模型。通过位移控制方程计算得到了桩身不同段位移及轴力的解析解及幂级数解,进一步得到了计算桩身轴力及负摩阻力中性点位置的迭代计算方法。在一工程实例分析时,采用线性拟合的方法准确拟合桩周土体沉降,所得的桩身轴力沿桩长范围内的变化曲线与实测曲线较为吻合,该法能较准确地描述桩身负摩阻力的传递过程及其沿桩身的分布。     

基于现场试验的超长桩端阻力承载性状研究

为弄清大直径超长桩端阻力承载特性,基于15个场地中共32根桩的现场试验资料,采用作图法、归一化处理法、数学模型拟合法研究了大直径超长桩端阻力随桩端沉降的发挥性状。发现,桩端阻力随桩端沉降的变化主要有3种类型,即类型一(近似直线增加型)、类型二(转折点后增幅大为变缓的双折线增加型)、类型三(转折点后增幅几乎为0的双折线增加型),3种类型代表着大直径超长桩的破坏型式大致分为类型三代表的桩端刺入破坏和类型一、类型二代表的桩端整体剪切或局部剪切破坏;玻耳兹曼数学模型拟合桩端阻力-桩端沉降归一化曲线的效果好,相关系数R2达0.95以上;桩端阻力达到极限状态时的桩端沉降值至少在0.444d―123.433d之间,显示超长桩端阻力极限状态时的桩端沉降基本上无定值,但大部分在1.00mm―40.00mm之间;注浆后的端阻力为注浆前的2.5倍以上。结果表明,超长桩的端阻力不能被忽略,应加强研究,应充分利用它。     

层状地基中基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法

基于虚土桩模型及荷载传递法,针对理想弹塑性荷载传递函数,推导了均质地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的桩顶荷载-沉降曲线计算方法,且进一步利用递推方法将其推广到层状地基中并给出了桩身轴力及桩侧摩阻力的计算方法。在此基础上,给出了荷载传递模型参数的选取方法并分析了虚土桩计算长度的影响因素及取值方法。然后,利用该算法分析了桩及虚土桩压缩模量对荷载-沉降曲线的影响。最后,结合工程实测数据,对比了计算荷载-沉降曲线、实测曲线和由规范方法得到的荷载-沉降曲线,结果表明:在一定的荷载范围内,采用基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较为吻合,实际工程应用优于规范法。     

水平振动荷载作用下桩基动力特性

根据波动力学的基本方程和无限平面内圆孔辐射应力混合边值问题的计算理论,利用傅里叶展开法,求解出在水平简谐荷载作用下,考虑桩与周围土体部分脱开的物理现象时桩周土的动刚度和动阻尼。之后将其应用到Novak的无限薄层理论中,得到了在水平简谐荷载作用下单桩的动刚度、动阻尼以及桩的水平振动幅值随频率的变化曲线。分析可知,在水平振动荷载作用下,桩的水平动刚度较小,水平位移起主导作用;考虑了桩与周围土体局部分离的物理现象后,计算出的桩顶水平振动幅值和频率比较稳定,其结果更接近于试验值;计算时,土体的剪切模量采用由静态试验法测得的桩顶土剪切模量,计算结果与试验值更接近。     

输电铁塔螺栓节点连接滑移特性及模型参数研究

完成了21组输电铁塔螺栓连接试件的拉伸试验,采用ABAQUS软件对典型试件进行了有限元仿真分析,研究了初始间隙、螺栓扭矩、接触面粗糙程度、螺栓孔直径和连接杆件强度等参数对螺栓节点荷载-变形曲线的影响规律。分别按照指数模型和改进的分段多项式模型,对固定端螺栓数量为1、2和3的荷载-变形试验曲线进行了非线性拟合,确定了两种模型的拟合参数取值,分析了两种模型在输电铁塔结构分析中应用的可行性,推荐采用物理意义明确、适用范围更广的指数模型。对于最大间隙、理想间隙和最小间隙三种情况,指数模型得到的荷载-变形拟合曲线与试验曲线吻合较好,能够准确描述螺栓连接滑移过程;最小间隙工况的拟合曲线与试验曲线在线性增加段误差相对较大,最大相对差值范围约为10%~20%。     

竖向地震作用下饱和土-桩体系的耦合动力响应研究

为揭示竖向地震荷载作用下桩土系统的耦合动力特性，首先将基桩视为具有径向和竖向变形的三维轴对称杆件，采用Hamilton变分原理建立其运动方程，而桩周土体视为充满流体的三维多孔连续介质，采用Boer多孔弹性介质模型描述其动力学行为。在不引入势函数的情况下，先将土骨架的体积应变和孔隙流体压力作为中间变量处理土体运动方程，然后采用分离变量法求解土体和基桩的运动方程，进而结合桩-土系统的边界和连续条件，推导得到桩顶的运动放大系数和运动响应因子解析解。通过与相应有限元模型数值计算结果及已有解的比较，验证所提出解的正确性。最后分析桩土主要参数对桩土耦合系统动力特性的影响，得到了一些有意义的结论，可为相关工程实践提供参考。研究结果表明：当桩长径比较小时，基桩的径向变形对饱和土-桩系统的动力响应存在显著影响，忽略基桩的径向变形，将高估桩土系统的共振行为；对于单相土而言，在低频阶段，桩顶响应相对于自由场表面响应偏小，在高频阶段，其随着桩长径比的增大而偏大。桩土系统的共振行为发生于激振频率接近于土体自由场的自振频率。随着桩长径比的增大，桩土系统对基岩运动的放大效应呈增大趋势；对于饱和土而言，饱和土层表面的...     

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明：土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(Ld=10d～15d);当桩身长径比在L/d=5～10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。     

基于无单元Galerkin法的软土区高承台超长嵌岩基桩屈曲分析

为探讨洞庭湖软土区桥梁工程常用高承台超长嵌岩灌注桩的屈曲稳定性,将其视为第二类稳定问题,引入新型无单元Galerkin数值分析法,考虑桩-土共同工作中的非变形协调与非线性等因素,给出了基于非线性弹性-理想塑性模型的桩土接触分析非线性迭代算法及基于弧长法的桩身屈曲分析无单元Galerkin法,并开发出相应的计算程序。最后,结合某大桥一试桩现场载荷试验结果进行了应用,对比分析表明:基于桩身屈曲分析无单元Galerkin法获得的桩顶荷载-沉降曲线与实测曲线吻合较好,桩身失稳临界荷载与实测极限荷载的相对误差为5.6%,远优于按第一类问题的线性与非线性增量屈曲分析结果(其相对误差分别达37.0%和15.4%)。     

考虑刚度非线性软化的修正硬化土模型

基于硬化土模型(HS模型)只能描述土体应变硬化行为和刚度线性软化现象,提出了考虑刚度非线性软化的修正硬化土模型。修正模型采用与分段幂函数关系描述初始骨干曲线,并考虑了初始静偏应力和加载速率对应力-应变关系的影响。修正HS模型能较好地描述不同初始静偏应力和加载速率下土体的应变硬化、应变软化和刚度非线性软化等特征。最后,基于原状杭州软粘土的三轴试验,验证了修正模型的合理性。     

同一场地上不同桩型复合地基的静力特性试验

该文对同一场地上的碎石桩复合地基、CFG桩复合地基、CFG长桩和水泥土短桩组合桩复合地基和CFG芯水泥土桩复合地基进行了现场载荷试验和变形试验。试验结果表明:桩径和桩间距相同条件下,两种组合桩的荷载沉降曲线接近线性关系,碎石桩复合地基荷载沉降呈明显的非线性关系;单一桩型复合地基承载力略高于两种桩型组合桩复合地基的承载力,碎石桩、CFG桩、CFG长桩水泥土短桩组合桩和CFG芯水泥土桩组合桩复合地基的承载力分别为210kPa、225kPa、197kPa和182kPa;CFG桩与桩间土之间的应力比,CFG芯水泥土桩组合桩复合地基最小、其次是CFG桩复合地基、CFG长桩水泥土短桩组合桩复合地基中最大。从应力分布的观点CFG芯水泥土组合桩复合地基应力分布较其他三种复合地基均匀;复合地基的深层变形受布桩形式的影响较大。     

桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析

为提高软土地基的承载力,常用桩基础进行施工。桩基础承载力高,施工方便。以大直径空心桩基础为研究对象,研究桩顶竖向荷载作用下的桩土响应。以实际工程为依托,采用MARC建模软件,建立实体三维模型,分析3种工况下,桩在不同竖向荷载作用下的承载能力及桩周土体变形,并根据土体变形,分析桩土之间的相互作用,得出以下结论 ：桩的承载力一部分取决于桩侧土体的性质,在对桩侧土进行注浆加固且桩周土体采取水泥搅拌桩处理后,桩的承载力明显提高,并且桩周土体变形明显降低。     

带开孔板剪力键的钢-UHPC组合板受弯性能试验研究及数值模拟

研究了一种采用开孔板(PBL)剪力键的钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板,可用作大跨度桥面板或楼板。基于某特大跨度组合梁斜拉桥的桥面板设计,完成了3块钢-UHPC组合板和1块钢-C60组合板的足尺模型试验,探究剪力连接件种类、数量和混凝土材料对组合板受力性能的影响。试验结果表明：在集中荷载作用下,钢-UHPC组合板发生典型的弯曲破坏,而钢-C60组合板发生冲切破坏;钢-UHPC组合板的承载力、刚度和延性均远优于相同厚度的钢-C60组合板;在3块钢-UHPC组合板试件中,含较多开孔板剪力键的试件表现出最佳的受力性能。基于ABAQUS建立钢-UHPC组合板的精细有限元模型,模型的预测结果与试验得到的荷载-位移曲线吻合良好,进一步利用有限元模型开展了参数分析。