上限有限元定理在非均质路堤中的应用

系统地介绍了塑性极限分析上限法的原理和方法，在此基础上，将非均质路堤离散为三角形单元，在单元中构造线型速度场，根据相关联流动法则以及边界条件建立约束方程，借助线性规划法求解非均质路堤的极限承载力，并讨论了粘聚系数对非均质路堤极限承载力的影响。     

开缝钢板剪力墙抗剪承载力分析

开缝钢板剪力墙是通过在钢板中开竖缝形成的一种新型抗侧力构件,由竖缝分隔而成的钢板柱是其基本单元,现有开缝钢板剪力墙极限抗剪承载力计算公式假定钢板柱端部全截面塑性。利用通用有限元软件ABAQUS进行参数分析,研究了钢板柱高宽比与高厚比对其极限抗剪承载力的影响。通过在钢板柱端部引入塑性区长度,对现有的抗剪承载力公式进行修正,同时考虑了较大侧向变形下拉力场对极限抗剪承载力的影响,最后给出了更加精确的开缝钢板剪力墙极限抗剪承载力计算公式。     

碳素方钢管腹板屈曲性能试验研究

对碳素方钢管在集中荷载作用下的腹板屈曲性能进行单调加载的试验研究。实施50个不同边界条件、加载条件、支承板宽度和截面高度的碳素方钢管试件的腹板屈曲性能试验。介绍了碳素方钢管腹板屈曲试验方案,描述了碳素方钢管在端部和内部集中荷载作用下的破坏模式,给出荷载-端位移曲线以及腹板区域应变强度分布曲线,并将边界条件、加载条件、支承板宽度和截面高度对碳素方钢管腹板屈曲极限承载力和延性的影响进行讨论。试验研究结果表明:碳素方钢管腹板屈曲极限承载力随着支承板宽度的增大而增大;当支承板宽度为50mm和100mm时,腹板高厚比为18时极限承载力达到最大;当支承板宽度为150mm时,腹板高厚比为12.55时腹板屈曲极限承载力达到最大;腹板高厚比为24.67时达到腹板屈曲极限承载力的最小值。受压腹板中部应变测点全部进入塑性并最终形成塑性铰区域。内部一侧翼缘加载(IOF)的极限承载力最高,内部两侧翼缘加载(ITF)的极限承载力次之,端部一侧翼缘加载(EOF)和端部两侧翼缘加载(ETF)的极限承载力最低。有限元方法较好地模拟了试验破坏模式和极限承载力。采用中国钢结构设计规范的碳素方钢管腹板屈曲极限承载力计算值远大于其腹板屈曲极限承载力试验值,中国钢结构设计规范用于腹板屈曲承载力的计算偏于危险;采用欧洲钢结构设计规范的碳素方钢管腹板屈曲极限承载力计算值又远小于其腹板屈曲极限承载力试验值,欧洲钢结构设计规范用于腹板屈曲承载力的计算偏保守。提出的碳素方钢管腹板屈曲极限承载力计算公式则较好地预测了试验值。     

钢筋混凝土灌注桩试桩静载试验

介绍了某高层大厦采用的钢筋混凝土灌注桩基础所在的地理位置,基础下面土层的工程地质特性,试桩的平面布置图以及桩基的静载试验的详细过程.针对该工程,试桩单桩竖向极限承载力标准值为4 400 kN,各试桩、锚桩均为合格桩,静载试验后作为工程桩使用.本次静载试验均未出现试桩承载力极限破坏,说明有一定的安全储备.结果表明,3组试桩桩端支撑反应明显.该工程桩设计为摩擦桩,桩端承载力应作为安全储备使用,不宜用尽.通过该组静载试验,说明对于高层楼房,在施工前应进行桩基的静载试验.     

不排水黏土中深埋锚板的抗拔承载力

针对不排水均质黏土中深埋条形锚板和圆形锚板,分别构造两种简单的机动容许速度场,利用塑性力学极限分析的上限法求解锚板的极限抗拔承载力。采用非线性有限元方法对构造的速度场和承载力计算结果进行了验证。与现有的相关解答对比可知:本文上限解与已有的上限解或滑移线场解答较吻合。提出的速度场合理、简单,并严格符合机动容许场的要求,便于实际应用,能为工程设计提供参考依据。     

Q550钢材高强螺栓连接承压性能研究

高强螺栓承压型连接是钢结构中常用的节点连接方式,采用经验证可靠的Marc有限元计算模型对Q550高强度钢材高强螺栓承压型连接的承压性能进行数值模拟。分别对影响极限承载力的端距、边距、螺栓预紧力以及连接板件间的抗滑移系数等因素进行研究。研究结果表明:端距和边距二者共同影响Q550高强螺栓承压型连接的破坏模式和极限承载力,当端距和边距值分别取2. 0d0(d0为螺栓孔径)和1. 5d0时连接发生承压破坏并可以得到较高的承载力;对螺栓施加预紧力可以适当提高接头的极限承载力;抗滑移系数对极限承载力的影响不大。     

几何材料非线性分析的新空间梁柱单元

给出了基于UL法的三维梁柱单元虚功增量方程,首次详细推导了同时考虑翘曲和剪切变形以及力矩空间转动影响的三维空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵;材料非线性通过在单元端部形成塑性铰来考虑,对Orbison截面塑性面进行了修正,以考虑扭矩和翘曲对截面强度的影响,采用塑性流动法则推导了单元端部进入塑性时的单元弹塑性切线刚度矩阵。算例表明,只需要一到两个单元就可以准确预测空间钢框架的极限承载力和失稳模态,有效考虑剪切变形及翘曲对结构的影响。     

门式刚架构造改进型节点试验研究

通过对门式刚架梁柱改进型和常规螺栓端板竖放连接节点的低周往复加载试验,对试件的承载力、滞回曲线、刚度退化和等效粘质阻尼系数及破坏模式等进行研究,且分析了试件破坏的原因.结果表明:经过构造改进的圆弧形整体式和弧形加腋螺栓端板竖放节点比常规节点,向下极限承载力均提高21.4%;刚度损伤明显减小;极限荷载时节点域变形较小,避免了高三轴应力作用下节点的脆性破坏;试件SP-2延性和耗能性能明显得到改善,塑性转角满足延性刚架要求.     

后注浆与非注浆单桩竖向抗压极限承载力及侧阻力对比分析

依据某工程在后注浆和非注浆两种条件下的3组6根钻孔灌注试验桩,采用锚桩法静载试验和振弦式钢筋测力计法,对钻孔灌注桩进行了破坏性试验,确定了两种条件下钻孔灌注桩单桩竖向抗压极限承载力、桩侧土极限侧阻力和桩端土极限端阻力。通过对钻孔灌注桩试验结果的对比分析可知,在后注浆成桩条件下,单桩竖向抗压极限承载力提高了55.0%;在非注浆试验桩单桩竖向抗压极限承载力值时,后注浆试验桩的沉降量减少了34.6%~63.9%;桩侧土极限侧阻力除细砂层提高了95.6%~105.1%外,其他地层提高了48.5%~63.3%,桩端土极限端阻力提高了18.0%。研究成果为该区域工程桩设计提供了准确、有效的依据。     

高温滑移后方钢管混凝土柱轴压性能研究

为研究高温滑移对方钢管混凝土柱的剩余极限承载力的影响,以高温条件,径厚比作为参数对方钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究。通过试验得到了试件的失效模式、剩余极限承载力以及荷载-位移曲线,并分析了高温、径厚比对方钢管混凝土柱的剩余极限承载力、延性以及刚度的影响。研究结果表明:高温滑移后,方钢管混凝土柱的端部受损最为严重,且最终因变形过大而导致构件的破坏;方钢管混凝土柱的极限承载力会随着温度的升高而降低;方钢管混凝土柱的延性以及刚度都有明显的下降,且当径厚比较大时,延性和刚度的下降幅度更大;此外,提出了高温滑移后钢管混凝土柱剩余极限承载力的折减系数,通过试验证实了该折减系数可以较好地预测高温滑移后钢管混凝土柱剩余极限承载力。     

考虑内部摩擦变形耗能的预应力锚索边坡极限分析

根据变形协调原则,认为对数螺旋线滑面滑坡体在下滑过程中并非完全不变形而是根据滑面形状自适应变形从而产生能量耗散。为量化该过程中的能量耗散,根据协调速度场的关系提出了2种多块体划分法来计算该变形摩擦耗能功率,并结合极限分析上限法和强度折减法推导了预应力锚索加固边坡的安全系数计算式。通过算例分析表明,虽然2种多块体划分方法获得的边坡安全系数随着划分块体接触面数量的增加变化规律不同,但最终都趋于稳定收敛,且收敛值十分接近,并从具体划分原理角度解释了2种不同变化趋势的原因。典型边坡算例的不同分析方法安全系数结果比较表明,滑坡体内部变形摩擦耗能有助于提高边坡的抗滑作用,安全系数较不考虑时有所增大。分析总结了预应力锚索边坡随锚索预应力、锚索倾角、锚索位置高度变化条件下有无考虑滑坡体内部变形摩擦耗能的边坡安全系数变化规律。该方法弥补了以往上限法中忽略该项摩擦耗能的不足,可为预应力锚索加固边坡的稳定性分析提供参考。     

后注浆超长灌注桩竖向承载特性载荷试验研究

现场载荷试验是确定单桩竖向承载力常用方法之一,基于现场试桩静载试验和桩身轴力测试试验,分析了后注浆超长灌注桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性及桩侧阻力,桩端阻力发挥特性。研究结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而增量减小,且随荷载的增加而逐渐增大;超长灌注桩表现出摩擦桩特性,荷载-沉降曲线没有明显破坏点,其竖向荷载主要靠侧摩阻力进行传递;桩侧阻力和桩端阻力非同步发挥并且相互影响。根据实测数据对计算单桩承载力的侧摩阻力和桩端阻力的系数进行修正,修正后为类似桩基础工程设计提供技术参考。     

黏性土层中后压浆桩承载性状的对比试验研究

基于无锡江海西路快速路工程开展的4个标段场地8根试桩静载试验,通过对比未压浆桩与压浆桩实测结果,研究黏性土层中桩端后压浆对桩基承载变形性状、桩端阻力及桩侧阻力发挥性状的影响。结果表明:桩端后压浆技术可显著提高桩基承载性能,并对提高桩基成桩质量的稳定性具有很好的效果;桩端压力浆液在桩端形成水泥结石体,有效地改善了桩端沉渣问题,显著增强了桩端承载变形性能与支承刚度;桩端后压浆可提高极限桩侧摩阻力发挥水平,使得压浆桩极限侧摩阻力要大于未压浆桩,从而提高桩基承载性能发挥的稳定性。     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力计算研究

以沉降控制标准为原则来确定后压浆灌注桩的承载力有着重要的实际意义。基于石首长江公路大桥工程开展的6根大直径钻孔灌注桩现场静载试验,通过对比分析桩端桩侧组合压浆桩压浆前后的试验结果,研究了组合后压浆对深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性状的影响,在此基础上通过统计得出了在不同桩顶沉降条件下桩端阻力增强系数、桩侧阻力增强系数的取值范围,并给出了一种基于沉降控制标准的组合后压浆桩承载力设计方法,最后通过工程实例验证了该设计方法的合理性。结果表明,组合后压浆条件下的深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性能显著提升,且承载力提高幅度随着桩顶沉降的增加逐渐增大;组合后压浆桩加载至极限状态时,其极限承载力至少提高66%,且能有效地控制桩基沉降量;同时组合压浆后能有效地改善桩端支承性能与桩侧受力特性,显著提高桩端阻力和桩侧摩阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。此外,设计计算方法能较好地给出组合后压浆桩荷载沉降关系的范围,可保守地将计算结果的下限作为工程设计使用。     

竖向抗压单桩承载力实例分析

竖向抗压单桩承载力包括桩侧阻和桩端阻。本文讨论了桩侧阻分布模式的影响因素及桩端持力层对桩侧阻的强化与弱化效应,以工程应用实例说明固化桩端持力层有助于提高基桩承载力,适当选择桩端持力层,可以降低工程造价和施工难度,缩短工期,增加施工质量可靠性。     

基于桩-土界面脱开效应及摩阻力增强效应影响的水平荷载作用下桩受力机理研究

为研究桩侧摩阻力和桩端阻力对水平受荷桩承载性能的影响,在考虑桩侧变法向土抗力作用的基础上分别提出桩-土界面的摩阻力增强效应模型与脱开效应模型。以此为基础,分别推导得出桩竖向侧摩阻力作用下单位长度桩身抗力矩的数值解与简化公式;在双曲线型的桩端阻力-位移模型及摩阻力增强效应基础上,进一步推导得到基底水平阻力与基底抗力矩的数值解和简化公式。并将单位长度桩身抗力矩、基底抗力矩以及基底水平阻力分别代入四弹簧Winkler地基梁模型,采用传递矩阵法得到桩身响应解。通过多组算例对比分析,不但验证了所建议的理论公式正确性,也证明了简化公式的适用性。参数影响分析结果表明：桩顶水平变形降低幅度随着柔性系数的增加、长径比的减小而提高;同时,随着柔性系数的减小,基底抗力矩和水平阻力对基桩水平承载特性的影响逐渐减弱,当为柔性桩时可忽略不计。     

考虑堆载和桩载施加顺序的单桩负摩阻力模型试验研究

通过室内模型试验,研究堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。试验结果表明:先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点位置离桩顶最远,随桩载增加,中性点位置逐渐上移,最终中性点位置在桩顶以下0.5l附近,桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数为0.69。先桩载后堆载工况下,先施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小趋势,中性点出现并逐渐下移,最终中性点位置在0.41l附近,单桩承载力发挥系数为0.86。先桩载后堆载较先堆载后桩载桩基承载力发挥系数大,即桩基承载力安全储备小。以上分析表明,荷载施加顺序对基桩的负摩阻力分布有很大的影响,建议在实际工程中综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力。     

微型钢管桩桩-土复合抗滑结构耗能特性研究

为了研究微型钢管桩桩-土复合抗滑结构(以下简称桩土复合结构)在地震作用下的耗能特性,设计一种直剪式复合结构的拟静力加载试验装置,并对3个相同桩间距不同桩径的桩土复合结构模型进行了低周往复加载试验。从承载力、滞回性能、刚度退化、延性性能和耗能能力等方面对模型试验结果进行对比。结果表明,桩间距约为桩径10倍时复合结构具有更好的耗能能力,桩间距与桩径比小于5.9时复合结构的耗能能力明显下降;桩间距与桩径比大于7.4的复合结构在承载力、滞回性能、耗能能力方面比较接近,滞回曲线更加饱满;桩间距与桩径比小于5.9的复合结构滞回曲线有明显捏缩,其承载力、滞回性能及耗能能力也均有明显下降。     

摩擦型能源桩荷载–温度现场联合测试与承载性状分析

能源桩集地源热泵技术与建筑桩基于一体,桩基承载性状受荷载–温度耦合作用而不同于常规工程桩。开展了昆山某摩擦型能源桩工程的荷载–温度现场联合测试,测试了多级荷载水平与不同换热工况下桩身的温度、应力分布及桩顶位移变化,整理得到桩身的附加温度荷载、桩身轴力及桩侧摩阻力分布曲线,分析了摩擦型能源桩荷载–温度作用下的承载性状与荷载传递特征。测试结果表明:能源桩的温度变化将引起附加温度荷载,桩身轴力和附加温度荷载分布特征和桩顶荷载作用、桩端约束有关,承载性状不同于单一荷载作用下的工程桩。加热工况引起桩身上、中部多处出现负摩阻力,但荷载的增加有利于减小升温引起的负摩阻力效应;制冷工况下,桩端附近产生负摩阻力,能源桩荷载传递特征受荷载–温度耦合作用而改变。设计荷载作用下,能源桩顶加热时隆起而制冷时下沉,加热工况引起的桩顶位移在停止加热回温后可基本恢复,但制冷工况引起的桩顶位移在回温后会导致桩顶产生附加沉降,荷载–温度耦合作用也引起了能源桩沉降性状的变化。