竖向荷载作用下群桩效应的有限元分析

群桩效应是桩基理论中的一个重要问题。文章根据adina有限元分析软件,分析了在竖向荷栽作用下桩数L、桩距S及桩数n与群桩效应的关系。模拟结果表明:桩基极限承裁力随L的增长而逐渐增大,而群桩效应系数η逐渐减小,但其幅度均逐渐减小;桩基极限承裁力随n增多而减小,但减幅不大。随着桩距S的加大,群桩极限承载力先增大后逐渐减小;而与群桩效应系数近似呈线性增长关系,幅度也逐步减缓。     

水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应

研究了在水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理,将桩看作是一维的弹性杆单元,采用Hankel变换及数值逆变换得到饱和土的基本解。利用桩土之间的变形协调条件和叠加原理得到饱和土中群桩的第2类Fredholm积分方程,采用动力相互作用因子的方法计算群桩在水平荷载作用下的动力阻抗,给出了群桩的阻抗、弯矩以及孔压的数值结果。该方法可用于计算层状饱和土中群桩的水平动力反应问题。     

考虑轴力的部分埋入群桩基础水平振动特性

 在近海工程中,关于基础支撑体系的动力特性研究对于保证上部结构的稳定和安全发挥着极其重要的作用。基于欧拉–伯努利(Euler-Bernoulli)梁模型提出水平荷载和竖向荷载共同作用下,部分埋入单桩的水平振动模型,分析影响单桩阻抗和有效桩长的主要因素,指出现有理论存在的不足,并给予修正;从埋入比、波的入射角和轴力3个方面分析部分埋入桩的桩–桩相互作用现象;然后,基于叠加原理建立部分埋入群桩的简化计算方法,计算结果与完全埋入群桩理论精确解进行对比。通过参数讨论,发现轴力(N)、桩间距(s/d)和埋入比(L1/L2)对于部分埋入群桩水平振动特性有着显著的影响,工程设计应该予以重视。最后,利用本模型研究一海上风电场群桩基础的水平振动特性和群桩基础阻抗变化对于整体结构自振特性的影响,为工程设计提出建议。     

水平力作用下群桩性状的研究

本文在调查研究和模型试验的基础上,结合固定式海上平台规范中在水平力作用下群桩的研究课题,对群桩的工作性状与破坏机理,产生群桩效应的临界桩距,群桩的水平承载力及其主要影响因素,单桩与群桩情况下应力应变关系等方面进行了全面深入的研究。对群桩在水平力作用用方向(纵向)各桩受力分配的不均匀性及群桩情况下桩的p-y曲线的分析中发现了一些新的规律,并提出了经验公式和建议,以弥补目前国内外现行计算方法的缺陷和不足。研究成果可供在水平力作用下的桩基工程设计时参考。     

Pasternak层状地基中群桩水平动力响应解析解答

基于Pasternak地基和Euler梁振动理论，提出了一种能考虑轴向荷载影响的单桩水平振动简化分析力学模型，建立了层状地基中桩-土耦合作用下单桩水平振动控制方程；采用微分变换的方法对方程解耦，进一步结合桩-土边界连续条件求出单桩水平位移、转角及内力解析解答。然后，考虑主动桩Ⅰ振动引起被动桩Ⅱ的动态位移，建立被动桩Ⅱ的水平振动控制方程，求解得到被动桩Ⅱ的响应解析解答，依据动力相互作用因子定义进一步求得桩-桩水平动力相互作用因子。最后，利用叠加原理求得群桩水平动力阻抗，并与已有相关解析解进行退化对比验证其合理性。在此基础上，通过参数化分析探讨了地基剪切系数、布桩类型、桩距径比、轴向特征参数对群桩水平阻抗以及桩顶反力分布、桩身内力分布的影响规律，可为实际工程群桩桩基设计提供理论指导和参考作用。     

水平偏心荷载下斜桩群桩受力性状的离心机模型试验

为研究斜桩群桩在水平偏心荷载下的受力性状,在砂土中开展了一系列离心机模型试验,着重对比了直桩群桩和斜桩群桩抵抗水平及偏心荷载的不同特性。详细介绍了模型试验的装置、方法以及内容。试验结果表明：水平荷载偏心距大小对群桩水平承载力有一定的影响,但是对群桩扭转承载力的影响较小。对于直桩群桩,在试验范围内小偏心距（4.3倍桩径）加载对应的水平承载力大于零偏心距（即纯水平加载）及大偏心距（7.1倍桩径）加载的水平承载力。相同条件下,斜桩群桩抵抗水平、偏心及扭转荷载的能力显著强于直桩群桩。水平偏心荷载下,斜桩群桩中各基桩的桩顶水平位移相互差异较直桩群桩更大,且该差异随偏心距的增加而增大;在多向荷载的共同作用下,基桩桩顶剪力与桩顶位移方向有所不同。水平荷载下斜桩群桩中的基桩轴力显著大于直桩群桩。斜桩群桩较好地发挥了基桩的轴向承载能力,从而能够更有效地抵抗水平荷载。     

基于有限元模拟的楔形桩水平承载特性研究

通过abaqus,对砂土中水平承载的楔形单桩和群桩进行数值模拟,主要研究了楔形角对于楔形桩水平载荷下的承载特性的影响,以及楔形桩群桩水平承载特性对于楔形角的敏感性。研究发现：与等截面直桩相比,在楔形角为1°时,楔形桩的水平承载能力要低16%;等体积的楔形桩的水平承载力要大于等截面直桩,提高大约6%。楔形角每减0.2°,楔形桩的水平承载能力就提高将近4%。随着楔形角的增大,楔形桩桩身的弯矩变化速率则增大。群桩工况下,发现在小范围内,随着楔形角的增大,群桩水平位移也不断在增大,但位移群桩效应系数没有明显变化。     

群桩基础水平动力响应简化边界元频域解答

在水平振动或地震作用下,建立圆形桩与土的动力相互作用简化边界元模型,采用动力相互作用因子对群桩基础顶部的惯性响应和运动响应进行分析。桩身运动方程考虑了群桩动力相互作用以及由土体位移引起的被动桩效应,得到了频域内固定群桩基础顶部的水平动力响应的弹性解答。结果表明,简化边界元模型通过土体位移系数,考虑了沿桩身长度方向的土体相互作用,较为准确地得到了桩身运动弯矩,将其运用到群桩基础的计算中,可以用于评估动力作用下群桩基础的桩顶水平阻抗和桩土运动响应。     

大水平力作用下群桩基础计算

对大水平力作用下的钢管桩群桩基础的计算过程中遇到的一些问题进行讨论,主要对群桩基础进行荷载分析,对斜桩的受力特点以及计算中的常见问题进行分析。     

分层地基中考虑轴向力影响下的单桩水平振动

基于桩基的动力Winkler梁理论，利用传递矩阵法，导出了分层地基中单桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达；应用本文方法不仅可以较精确地求得基桩的各项动力阻抗，还可方便得到桩身的动内力反应。实例计算表明，动力条件下，桩顶轴向力的引入会增大桩顶的变位幅值，即减低了土的阻抗作用；土的振动阻尼参与使得基桩的受力较静力分析时复杂，不考虑频率作用下的静态桩身内力可能会偏于设计中的不安全。     

层状地基中轴、横向荷载下桥梁基桩的水平动力反应

利用传递矩阵法,全面推导层状黏弹性土中考虑轴向力影响的水平抗力桩阻抗,并以此寻求频域动载下的基桩变位及其内力规律,为有效地进行桥梁群桩阻抗理论推导奠定基础。实例计算表明,动力荷载下,桩顶竖向力的引入将增大桩顶的变位幅值,减低土的阻抗作用;由于土的振动阻尼参与,致使基桩的受力状况较静力分析时更为复杂,在不同的频率下,桩身内力可能较单向水平力系作用下的要小。此外,在动力有效长度一定范围内进行的土体加固对减小桩顶动侧移有不同的效果。     

Lateral Load Capacity of Underreamed Piles—An Analytical Approach

Underreamed piles having one or more bulbs at specified locations along their depths have been extensively used in India to support a wide variety of structures in almost all types of soil strata. In many situations, these piles are also required to resist considerable amount of lateral loads besides vertical compressive and uplift loads. However, the behaviour of these piles under lateral loads has not been properly investigated and the present guidelines for their design under lateral loads are mainly empirical. In this paper, an analytical procedure has been suggested to predict the ultimate lateral load capacity of the underreamed piles incorporating the influence of (i) size of bulb, (ii) position of bulbs, (iii) number of bulbs, (iv) length to diameter ratio of piles and (v) type of soil strata. The point of rotation and ultimate lateral resistance of underreamed piles have been computed in terms of passive resistance along the shaft and additional resistance on the surface of bulb(s) as well as bearing on the bottom and uplift resistances on the top of bulb(s). Non-dimensional relationships and design coefficients have been established for the estimation of improvement in lateral load capacity of underreamed piles over straight shafted piles. The limiting lengths of the underreamed piles to decide them as either rigid or flexible under lateral loads have also been brought out. An illustrative example followed by comparison with a few reported field cases demonstrates the effectiveness of the developed approach.     

Influence of vertical loads on lateral response of pile foundations in sands and clays

Although the load applied to pile foundations is usually a combination of vertical and lateral components, there have been few investigations on the behavior of piles subjected to combined loadings. Those few studies led to inconsistent results with regard to the effects of vertical loads on the lateral response of piles. A series of three-dimensional (3D) finite differences analyses is conducted to evaluate the influence of vertical loads on the lateral performance of pile foundations. Three idealized sandy and clayey soil profiles are considered: a homogeneous soil layer, a layer with modulus proportional to depth, and two-layered strata. The pile material is modeled as linearly elastic, while the soil is idealized using the Mohr–Coulomb constitutive model with a non-associated flow rule. In order to confirm the findings of this study, soils in some cases are further modeled using more sophisticated models (i.e. CYsoil model for sandy soils and modified Cam-Clay (MCC) model for clayey soils). Numerical results showed that the lateral resistance of the piles does not appear to vary considerably with the vertical load in sandy soil especially at the loosest state. However, the presence of a vertical load on a pile embedded in homogeneous or inhomogeneous clay is detrimental to its lateral capacity, and it is unconservative to design piles in clays assuming that there is no interaction between vertical and lateral loads. Moreover, the current results indicate that the effect of vertical loads on the lateral response of piles embedded in two-layered strata depends on the characteristics of soil not only surrounding the piles but also located beneath their tips.     

水平荷载作用下支盘桩的弹塑性分析

为了研究挤扩支盘桩在水平荷载作用下的工作性状,根据普通桩在水平荷载作用下的微分方程推导出支盘桩的微分方程;采用弹塑性分析法原理和有限差分计算方法推导了支盘桩在水平荷载作用下的计算过程;根据计算结果分析支盘桩工作性状,并与普通桩比较。     

不平衡堆载作用下邻近结构桩的侧向受力机制

为了分析结构桩在邻近堆载作用下的受力特性,以条状梯形分布堆载为代表,基于布西奈斯克弹性理论解得出堆载作用下地基附加侧压力表达式,并据此通过对局部塑性变形理论模型的改进,推导得出桩前土体侧移作用下桩身实际附加荷载,同时考虑土体可能发生绕桩流动的极限状态,结合绕桩极限模型给出桩身被动荷载的合理确定方法;在此基础上,考虑地基土体塑性屈服和桩顶结构荷载的影响,基于三参数Winkler弹性地基梁模型,建立桩身自由段、被动受荷段和主动作用段的微分方程,并通过桩身离散与矩阵传递法给出结构桩被动受力特性的半解析解。实测结果、文献理论解与该解答的对比分析,验证了本文计算方法的可靠性。     

粘弹性介质中考虑轴力作用时桩的动力分析

本文研究粘弹性介质中桩受轴力作用时水平动力作用下桩的动力阻抗及动力相互作用因子 ,利用桩的运动微分方程 ,推导出桩的动力阻抗函数。与未考虑轴力时对比分析表明 ,考虑轴力对动力阻抗函数存在一定的影响 ,同时对动力相互作用因子亦存在影响。通过对比计算群桩考虑轴力及未考虑轴力作用的动力阻抗 ,可知轴力的影响是明显的     

Pile Foundations in Noncaked Saturated Soils

The influence exerted by additional loads on precast piles due to forces of loading (negative) friction along their lateral surface during self-consolidation of fill soils, basic factors of self-consolidation of fill soils and the soils beneath them, the sizes of the self-consolidating strata, and the interaction between self-consolidating fill soils and the soils residing beneath them and the piles are described. It is proposed to design piles with allowance for their additional loading. Characteristic features of static and dynamic tests in self-consolidating soils, and also measures to eliminate orreduce additional settlements due to self-consolidation of noncaked saturated soils are examined.     

黏土中超长群桩竖向承载力模型试验研究

针对超长群桩使用较多而理论研究较少的现状,进行了大型的室内超长群桩模型试验。通过对黏性土中桩距为6d的超长钻孔灌注群桩的室内模型试验和实测数据分析,研究了超长群桩的荷载传递机理和承载力特性。得到了在竖向荷载作用下超长群桩的荷载与沉降关系曲线,桩身压缩量占桩顶沉降的百分比、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。研究结果表明:超长群桩属于非刚性摩擦桩,桩顶沉降主要由桩身压缩量引起;极限荷载作用下,桩端阻力接近为零,桩身中下部的侧摩阻力没有充分发挥。这些结论为超长群桩的理论研究、工程设计与施工提供有益参考。     

抗拔桩和抗压桩受力性状异同性研究

针对抗拔桩荷载传递机理和承载性状的研究比较缺乏的现状,本文通过对杭州某工程软土地基中抗压、抗拔钻孔灌注桩静荷载试验和桩身轴力的实测资料分析,研究了抗压桩与抗拔桩受力性状的异同性,得出了不同的荷载作用机理。结果表明抗拔桩和抗压桩的侧阻、端阻存在很大的不同,抗压桩端部侧阻发生增强效应,而抗拔桩端部侧阻出现退化效应。