上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

带承台倾斜单桩水平承载变形性状数值分析

为研究带承台倾斜单桩水平承载变形性状,通过数值模拟手段分析了水平荷载作用下桩身倾角、长径比对桩顶带承台斜桩的承载变形性状的影响,并重点分析了竖向荷载对水平受荷斜桩性状的影响。结果表明①水平荷载作用下,负斜桩的桩顶水平位移最大,直桩居中,正斜桩最小;桩身倾角越大,斜桩桩顶水平位移与相应直桩桩顶水平位移差值越大;相同情况下,长径比对斜桩桩顶水平位移影响不明显。②水平荷载作用下,桩身倾角只影响斜桩桩身弯矩的大小,而最大桩身弯矩的位置基本不变。③竖向荷载减小了负斜桩桩顶水平位移,却增大了正斜桩桩顶位移。④负斜桩的桩身最大弯矩随着竖向荷载的增大而减小,正斜桩却与之相反。     

考虑土塞效应的大直径 ＰＨＣ管桩竖向承载特性

大直径ＰＨＣ管桩贯入土体时,桩端土体进入管桩内形成土塞,产生土塞效应。为了研究土塞效应对大直径ＰＨＣ管桩竖向承载特性的影响,对大直径管桩静载试验进行数值模拟,得到不同因素下桩顶荷载－沉降及桩身轴力变化曲线。研究结果表明:桩径、土塞高度对桩顶沉降和桩身轴力影响最大,相同荷载作用下,桩径越大,土塞高度越高,桩顶沉降越小,桩身轴力减小速度越快;桩－土塞摩擦系数与土塞弹性模量的影响效果类似,其值较小时,桩顶沉降变化明显,增大到一定值后,沉降变化速率基本为零;土塞黏聚力与内摩擦角变化不会对桩顶沉降产生明显影响。     

浑河大桥嵌岩桩水平加载试验研究

以浑河大桥工程为依托,对大桥的试验桩基进行原位水平加载试验,研究了在水平荷载作用下桩顶的荷载-位移曲线、桩身弯矩分布情况等,并通过有限元软件进行数值模拟验证。研究表明:弯矩沿桩身呈抛物线形分布,在距离桩顶4 m左右的位置达到最大值,深度超过8 m以后数值接近于零;受场地环境和嵌岩桩桩形影响,桩顶水平位移和转角均较小,满足容许水平位移的要求;数值模拟与试验结果的曲线变化形式上大体吻合,弯矩和位移的实测值要较模拟值稍低。所采用的试验方法和得到的试验结果将对类似工程试验提供经验和指导。     

基于有限元的壁板桩水平承载特性分析

近年来,随着壁板桩的广泛应用,相关研究逐步展开,但水平承载特性的研究成果仅限于现场试验和弹性理论定性分析,且两者所得结果差距比较大。在香港科技大学所做的壁板桩静载试验基础上,使用ABAQUS有限元软件分析壁板桩水平承载特性,并与Zhang的数值模拟计算结果进行比较,试验数据与计算数据非常接近,相差在5%以内,验证了ABAQUS模拟壁板桩水平受荷的可行性。在此基础上分析桩顶位移、桩身弯矩在加载—卸载循环下的变化规律,进一步考虑荷载作用对壁板桩截面的非线性影响,作用力夹角α和位移夹角β相关,当荷载作用方向α=45°时,荷载与位移方向的夹角最大;x、y方向桩身最大弯矩随荷载作用角度变化而变化,α45°,x方向的弯矩能得到有效传递,α45°时,y方向的弯矩传递深度加深有限。分析结果有利于对壁板桩水平承载特性的理解,有利于现场试验数据与弹性理论计算结果相结合。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性模型试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中单斜桩的承载特性,分析了斜桩倾角对荷载-沉降特性、桩身轴力、弯矩、剪力及桩侧摩阻力的影响,并与直桩的承载特性进行了比较。试验结果表明:1斜桩沉降大于直桩沉降,斜桩倾角越大,斜桩与直桩沉降差越大。2相同桩顶荷载作用下,斜桩轴力小于直桩轴力,斜桩倾角越大,轴力沿深度衰减得越快。3斜桩弯矩主要发生于1/2桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增大而增大;4不论斜桩倾角的大小,桩侧摩阻力沿深度分布均可以分成3个区段,在第1区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小;在第2区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越大;在第3区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小。     

荷载水平对长期加载作用下混凝土剩余承载力的影响

为了研究荷载水平对长期加载作用下混凝土的剩余承载力的影响，对混凝土预制缺口梁首先施加６０％和８０％极限荷载并进行持续６个月和１２个月加载。长期加载试验结束后，一部分混凝土梁从加载架取出并且在静载条件下加载到破坏。而另外一部分混凝土梁进行更高荷载水平的持载试验。在试验过程中得到混凝土梁加载点位移随时间的变化曲线以及静载条件下的荷载－位移曲线。根据试验结果可以得到长期加载作用后混凝土的起裂荷载、剩余承载力以及断裂能。结果表明，长期荷载作用后，混凝土的起裂荷载和剩余承载力有明显的提高。且荷载水平越高，徐变后混凝土剩余承载力越大。长期荷载作用对混凝土断裂能没有影响。此外，８０％极限荷载持续加载１２个月后的混凝土时间在伴随试件极限荷载的持续加载作用下仍然可以在一段时间内保持稳定不发生破坏。     

竖向循环荷载下钙质砂单桩沉降特性模型试验研究

钙质砂中的桩基础时常需要承受构筑物上的竖向循环荷载.研制了新型循环加载桩基模型试验系统,通过电位移计、微型土压力盒等传感器,研究了加载次数、循环荷载幅值对桩顶累计沉降、沉降速率、桩端和桩侧阻力变化的影响,分析了循环荷载对钙质砂单桩沉降规律和机理.试验结果表明:①桩顶循环累计沉降随循环次数增加而增大,二者满足对数函数关系...     

冲刷作用下单桩水平承载特性试验研究及数值模拟

为了掌握冲刷前后桩基础水平承载性能的变化规律,通过自行设计加工的水平加载装置,进行了一系列不同冲刷深度下的桩基室内模型试验,获得在不同水平荷载作用下桩头水平位移以及沿桩身的应变,掌握冲刷作用对桩基水平承载性能的影响。在此基础上,采用FLAC3D软件模拟单桩在水平荷载作用下的承载性能,并依据模型试验结果修正数值模型相应参数,获得能考虑冲刷作用影响的单桩计算模型。用该计算模型对冲刷角、桩顶固定方式和不同冲刷深度下单桩的水平承载力性状进行分析,得出如下结论:当冲刷深度小于1.5倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较小;而当冲刷深度达到大于2倍桩径,小于8倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较大,下降幅值达到80%;当冲刷深度继续增大,水平极限承载力下降趋于平缓;在一定的冲刷深度下,当冲刷范围变化时,桩基侧向承载力变化不明显;桩头固定有利于减小冲刷对桩基承载力的影响。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础双向承载结构分析

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础将同时承受上部结构传递的竖向荷载与流水冲击产生的水平荷载,结构受力较平地桩基而言更为复杂.结合某工程实例,通过现场静载荷试验与数值模拟对比,分析了竖向荷载对桩顶位移及桩身应力的影响,研究了钢-混凝土复合桩的应力及桩身弯矩变化规律.结果表明:在竖向荷载及水平流水荷载作用下,柱顶竖向位移约为水平位...     

水平竖直组合荷载作用下桩基承载特性的离心模型试验研究

通过几组离心模型试验及成果分析,研究桩基在水平荷载H、竖直荷载V组合荷载作用下的承载机理。研究结果表明:在相同位移条件下,桩基的水平承载力随着桩基施加下压荷载的增加而减小;在相同水平荷载作用下,桩头水平位移随着施加的下压荷载值增大而增大;桩基受到的下压荷载越大,桩头转角(桩身倾斜程度)越大;桩基在承受水平、竖直组合荷载作用时,二者是相互影响的,在设计过程中必须要注意水平荷载H和竖直荷载V的组合作用。     

海上风电伞式吸力锚基础承载性能研究

针对在海上风机基础应用过程中遇到的问题,提出了新型伞式吸力锚基础(USAF),结合其实际条件下的受力特点,采用大型通用有限元软件ABAQUS对其在垂向荷载V和弯矩荷载M以及V-M联合作用下的受力变形特点进行分析。分析中将位移作为失效破坏标准,采用位移加载法和固定位移比加载法分别进行单调加载和联合加载。结果表明锚枝、筒裙的增加可以一定程度的提高USAF的承载性能,其中锚枝的增加对承载性能提高的并不明显,筒裙对承载性能的提高较为明显;弯矩荷载作用下USAF具有刚性短桩的性质并且会发生旋转;在V-M联合加载作用下得到了USAF的破坏包络线以及包络线随USAF主筒长径比的变化规律。通过数值模拟得到了以上结论可以为USAF的推广和应用提供一定的参考。     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

单桩竖向抗拔承载力离心模型试验研究

结合某海上风电场桩基工程中的大直径超长钢管桩抗拔承载力研究,利用离心模拟技术,初步推求得出荷载-位移的关系曲线（即Q-S曲线）,并与现场抗拔试验成果得出的Q-S曲线进行了比较,分析两者加载方式和加载速率的不同对Q-S曲线的影响。结果发现,上拔力的加载速率较快,求得的单桩抗拔极限承载力偏高。     

黄土地基中微型抗压与抗拔桩对比试验研究

微型抗拔桩是西北黄土地区光伏电站的一种典型锚固基础,为研究微型桩在抗压与抗拔条件下位移与受力性状的异同,在黄土地基进行了不同尺寸的抗压桩与抗拔桩的单桩竖向静载试验。试验结果表明:相同荷载作用下,抗拔桩的桩顶位移和位移增长速率均大于抗压桩,考虑桩顶上拔量得出的极限承载力低于按规范进行试验得出的结果,因此,在确定抗拔桩的极限承载力时应考虑桩顶上拔量;两种试桩桩身轴力随埋深分布曲线相似,即存在一个向下传递的过程;抗拔桩桩身中上部侧阻达到极限后会随着荷载的增加出现减小的趋势;抗拔桩桩端侧阻存在弱化现象,抗压桩桩端侧阻则存在强化现象。研究结果对黄土地区光伏电站微型抗拔桩锚固基础的设计与施工具有重要的参考意义。     

海上风机三桩基础与上部结构动力响应分析

基于ANSYS有限元平台,建立了海上风机三桩基础与上部结构一体的三维模型;采用Block Lanzcos法进行模态分析,得到风机结构的各阶模态振型,确定了结构的振动特性;并结合模态分析结果,考虑周期性波浪荷载的作用,对结构模型进行了瞬态动力分析。结果表明:海上风机三桩基础与上部结构模态振型较容易表现为弯曲形式,结构的抗弯性能要求较高。在波浪荷载作用下各关键部位的位移与应力时程曲线随时间的变化规律都表现为周期性波动,但又存在差异。对于位移时程曲线,离基础越远的部位,其位移幅值越大,波动非线性特性也越明显;对于应力时程曲线,应力幅值主要位于立柱顶端,即立柱与塔筒连接部位。波浪荷载对结构的受力和变形影响较大,不容忽视。