水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。     

第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究

基于印尼某工程15根预应力混凝土管桩(PC管桩)的单桩竖向抗压、抗拔及水平静载荷试验,分析PC管桩分别在竖向荷载和水平荷载作用下的承载特征,揭示不同荷载水平下PC管桩的承载力发挥机制。基于单桩竖向抗压极限承载力预测模型,对比分析指数曲线模型、双曲线模型及调整双曲线模型的可行性,并对PC管桩单桩竖向抗压极限承载力进行预测;结合水平静载试验,探讨地基土水平抗力系数的比例系数m的取值问题。研究结果表明：PC管桩单桩竖向抗压承载力主要取决于桩端持力层的支承力,同时也受桩径、桩长的影响较大;PC管桩的竖向抗拔承载力主要取决于桩侧摩阻力,桩径越大、桩长越长,单桩竖向抗拔承载力越高;PC管桩水平承载力主要取决于桩侧土体的力学性质。就本试验而言,指数曲线模型对单桩极限承载力的预测最精确;m在桩顶水平位移超过10 mm时变化平稳并逐渐收敛为常数,通过试验结果反推的m接近甚至超过JGJ 106—2014中推荐m的上限值。     

隧道开挖对既有受荷桩竖向承载特性的影响

目的研究黏土中隧道开挖对既有受荷单桩基础竖向承载特性的影响,分析桩基础竖向承载特性变化.方法采用位移控制有限元方法模拟隧道开挖对桩基础竖向承载特性的影响.结果隧道开挖导致既有桩基础发生显著沉降,但在不同初始荷载水平作用下,对单桩极限承载力最终值影响较小.轴力增量呈S型分布,在桩基础下部产生摩阻力,上部产生负摩阻力;桩端土体中超孔隙水压力在隧道开挖过程中逐渐增大.结论隧道开挖对既有受荷桩竖向承载力最终值影响不大,但是对桩身沉降影响很大.城市地铁隧道开挖对既有建筑桩基础承载特性影响的研究成果,为盾构施工后桩基础承载力分析提供参考.     

利用高应变CASE法判定单桩竖向抗压极限承载力

风电场场区地形一般较为复杂,如只利用传统的单桩竖向抗压静载荷试验确定风机桩基础的承载力,设备运输有诸多不便,工作效率偏低。在宁夏中卫香山200 MW风电场的建设中,尝试利用了工程物探中的高应变(CASE法)对风机桩基础进行了补充检测,通过对比相同桩用单桩竖向抗压静载荷试验和高应变(CASE法)判定的单桩竖向抗压极限承载力,发现高应变(CASE法)可作为判定单桩竖向抗压极限承载力的一种高效方法。     

单桩竖向极限承载力的确定及应用

城市建设的飞速发展及高层建筑的拔地而起对桩基础设计提出了更高的要求。在桩基础检测过程中,确定单桩竖向极限承载力是其中的一个必不可少的环节。本文主要介绍了单桩竖向极限承载力的确定方法,并应用具体实例进行计算,为桩基础的设计提供了重要的信息。     

中砂和软黏土中桩顶竖向力 对桩身水平承载力影响对比分析

为探讨中砂和软黏土地基中桩顶既有竖向力对桩身水平承载力的不同影响规律,基于ABAQUS建立了单桩基础三维有限元分析模型,并结合已有载荷试验结果验证了模型的合理性.在此基础上,采用Probe法分别获得均质稍密中砂和软黏土地基中2种不同桩身长径比(L/D)的单桩基础在保持不同桩顶既有竖向力(V)不变时,水平力(H)引起的桩身位移、桩身极限承载力及承载力包络线.结果表明:桩顶既有竖向力从桩身竖向极限承载力(Vult)0.2倍增加至0.8倍时,稍密中砂地基中的桩身水平极限承载力(Hult)提高13.6%～41.2%;反之,软黏土中Hult降低2.2%～6.5%,且L/D较小时这种影响差异更趋明显.最后,通过对比分析加载过程中桩周地基土中的竖向应力、桩侧摩阻力及桩侧土抗力的分布与变化特征,讨论了这种影响差异的内在机理.     

砂土中螺旋桩在斜拉荷载作用下的承载性能

为研究斜拉荷载倾斜角度和叶片埋深对螺旋桩极限承载力的影响,基于ABAQUS软件构建了砂土中螺旋桩的有限元模型,通过螺旋桩水平承载机理砂箱试验与竖向拉拔试验数据,对模型的准确性和可行性进行验证。设置4组不同叶片埋深的螺旋桩模型,分别施加不同角度的斜拉荷载,探讨了砂土地基中螺旋桩的承载性能与斜拉角度、叶片埋深的相关性。结果表明:砂土中螺旋桩的极限承载力随着斜拉角度的增大不断减小;当斜拉角度小于30°时,螺旋桩极限承载力与斜拉角度的关系曲线近似呈线性;螺旋桩极限承载力存在一个临界埋深比,当埋深比大于等于4时,承载力不随埋深比的增大而变化。推导了深埋状态下螺旋桩受斜拉荷载作用的极限承载力公式,经验证该公式能较好反映螺旋桩极限承载力随斜拉角度增大而逐渐下降的规律。     

钻孔压浆混凝土预制管复合桩竖向承载力试验

目的研究一种新型桩基础——钻孔压浆混凝土预制管复合桩的成桩工艺、工作机理和单桩竖向承载力,为其在实际工程中应用提供合理的设计依据.方法通过桩的静载试验,并结合桩的工作机理,得到桩在黏性土和砂类土中的侧摩阻力和端阻力提高系数,建立单桩竖向极限承载力标准值计算公式.结果桩周土层为黏土、细砂、中砂时,桩极限侧摩阻力标准值提高系数分别为1.1~1.3、1.6~2.0、2.2~2.4.桩端持力层为细砂、中砂时,桩极限端阻力标准值提高系数分别为1.2~1.6、1.6~1.8.结论钻孔压浆混凝土预制管复合桩单桩竖向承载力较现行规范中经验公式算得的承载力数值有明显提高,研究成果对桩的设计和施工有一定指导作用,对这种新型桩基础的推广应用具有重要意义.     

沉桩方式及桩型对湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性的影响

北部湾沿岸地区湛江组结构性黏土具有触变性,导致该土层中桩基时效性明显,不同沉桩方式及桩型的模型单桩对湛江组结构性黏土中桩基承载力时效性影响显著。以湛江组结构性黏土为地基,设计不同沉桩方式、桩型的模型单桩进行桩基静载实验,并对1倍桩径范围内桩周土的孔隙水压力进行监测。得到不同沉桩方式、不同桩型的模型单桩承载力及桩周土的孔隙水压力随休止时间的变化规律。结果显示：1)湛江组结构性黏土中单桩竖向极限承载力均随休止时间的增加而逐渐增大,且单桩竖向极限承载力增大的速率表现为前期增长快,后期增长慢;2)孔隙水压力消散规律与单桩竖向极限承载力增长规律基本吻合;3)湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性可以用经验公式表述,在同一均质土层中不同沉桩方式、不同桩型的承载力时效性采用不同的时效性相关系数计算;4)不同沉桩方式对单桩承载力时效性影响差别较大,当桩型相同时,静压桩的竖向极限承载力增大的速率和幅度比振动桩大。5)单桩竖向极限承载力时效性与桩型有关,当沉入方式相同时,圆桩的竖向极限承载力增大的速率和幅度最大,管桩次之,方桩最小;     

考虑混凝土损伤和钢筋屈服的海上单桩基础水平承载特性数值分析

采用三维非线性有限元方法对水平荷载作用下海上单桩基础力学响应进行了比较系统的数值分析.桩身混凝土采用弥散开裂模型,钢筋采用基于Mises屈服准则的理想弹塑性本构模型.首先对已有的基桩水平静载原位试验进行了数值模拟,计算结果与相关试验数据比较吻合.进而探讨桩周土内摩擦角、变形模量、桩体配筋率及竖向荷载水平等对海上单桩桩头水平位移与水平承载力的影响,结果表明:增大桩周土内摩擦角可有效提高桩基水平承载力.配筋率较低的单桩,其水平承载力容许值主要受桩身开裂控制,而对于配筋率较高的桩,水平承载力容许值受桩头水平位移控制.由上部结构物传递下来的竖向荷载有利于桩顶侧移的减小,但同时会增加桩身最大弯矩,最优竖向荷载水平为单桩竖向极限荷载的0.4~0.6倍.     

隧道开挖引起的单桩竖向极限承载力变化研究

城市隧道开挖不可避免导致建筑物基桩承载力的变化.本文利用ANSYS建立弹塑性有限元模型,在考虑桩端位于隧洞水平轴线上方、与隧洞水平轴线平齐、位于隧洞水平轴线以下3种情况及桩洞相对位置不同的情况下,对开挖后单桩竖向极限承载力变化进行了数值研究,数值仿真实验结果表明：在桩洞相对水平距离一定的情况下,当桩端与隧道水平轴线平齐时,承载力变化率最大,属较危险桩长;当桩洞相对水平距离在1.5倍隧洞直径与2倍隧洞直径之间时,单桩竖向极限承载力变化率最大,属承载力变化敏感区.     

加装约束盘钢管桩水平承载特性数值分析

在传统钢管桩内加装约束盘（单孔、四孔）的单桩基础是一种新型的海上风机单桩钢管基础。为了掌握加装约束盘的桩基础水平承载性能的变化规律，通过自主设计加工的水平加载装置，对传统开口、闭口单桩基础及加装不同约束盘类型的新型单桩基础进行了一系列离心机模型试验，研究了不同桩型在极限状态下的水平承载特性。利用ABAQUS有限元分析软件进行数值建模，研究了新型单桩基础和传统单桩基础在水平荷载作用下的破坏模式，揭示了桩身旋转中心的变化规律。结果表明，加装约束盘的新型单桩基础在刚度和强度方面表现出较好的稳定性；相对传统的单桩基础加装约束盘之后基础的水平极限荷载有显著的提高。     

群桩基础的可靠性分析

用一维高斯随机场理论，研究了钻孔灌注桩极限承载力的统计参数。相关函数法和方差函数法被用来计算土层的相应范围，通过静力触探和静载荷试验确定钻孔桩的极限承载力的统计特性。考虑到群桩效应，通过桩基础的沉降量来计算其效应，而且单桩和群桩的可靠度由Monte-carlo法来确定。最后与不考虑随机场理论的结果进行比较，系统地研究了桩基础在竖向荷载作用下的可靠度。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析.结果表明:变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩...     

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φ1 500 mm试桩的竖向与水平静载荷试验,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10 mm,水平承载力可取900 kN.建议采用位移控制设计此类桩基.     

高压输电线路中输电塔塔基的模型制作及其承载性能的实验研究

针对葛洲坝水利枢纽至武昌500 kV输电线路(葛武线)输电塔塔基改造中出现的问题,以ZB41型杆塔为原型,利用室内制作的模型装置对大板基础和大板+微型桩(板桩)基础两种形式的杆塔塔基承载性能进行了实验研究.结果表明,大板基础和板桩基础的地基土竖向承载力均达到设计要求,但大板基础的抗水平承载性能不能满足设计要求;板桩基础抗水平承载力是大板基础抗水平承载力的3倍多;板桩基础方案达到了葛武线输电塔塔基改造的设计要求.     

组合荷载作用下裙式吸力基础承载特性数值分析

采用数值模拟的方法,对等质量下裙式吸力基础和传统吸力基础组合荷载作用下的承载特性进行分析,探讨主桶高度、裙高度以及裙宽度的变化对基础竖向承载力、水平承载力、弯矩承载力以及组合承载力的影响,得到了基础荷载位移关系曲线及周围土体隆起范围,分析了隆起的影响因素。研究发现裙的宽度是竖向承载力的主控因素,而主桶高度及裙高度是水平承载力和弯矩承载力的主控因素,并得到了组合荷载下吸力基础破坏包络线及其公式。研究成果可供工程设计参考。     

砂土场地中组合荷载下单桩竖向承载特性研究

考虑砂土场地中单桩承受水平和弯矩荷载的共同影响,完成了五组共十根单桩的室内模型试验,分析了在组合荷载作用下砂土中单桩的竖向承载特性.研究表明:在不考虑竖向荷载作用的情况下,随着水平荷载作用点高度的增加,由于出现了弯矩荷载,单桩的水平极限承载力降低,但降低幅度逐渐减小;水平或弯矩荷载的增大,均会导致单桩沉降的增大和竖向承载力的降低,但只有当水平荷载达到相应位置水平极限承载力的0.5倍以上时,这种变化幅度才较明显;预先施加的水平和弯矩荷载在产生水平位移后,再施加竖向荷载,将会出现P-Δ效应,造成单桩水平位移的增大和水平承载力的降低;水平和弯矩荷载共同作用时对单桩的沉降和桩端阻力的影响程度,与水平和弯矩荷载产生的桩顶水平位移的大小正相关.     

黏性土地区螺杆灌注桩竖向承载力静载试验

目的研究螺杆灌注桩单桩竖向承载力,为其在粉质黏土地区实际工程应用提供合理的设计依据.方法通过螺杆灌注桩的静载试验数据,结合螺杆桩的工作机理,根据土层假设不同的螺杆桩极限承载力侧摩阻力标准值提高系数,建立不同土质情况下承载力等式,利用方程求根及矩阵线性回归等数学方法得到桩在粉质黏土中的侧摩阻力提高系数,建立单桩竖向极限承载力标准值计算公式.结果桩周土为软塑黏土、可塑黏土、硬可塑黏土、硬塑黏土时,桩极限侧摩阻力标准值提高系数分别为1.0~1.2、1.2~1.3、1.4~1.6、1.6~1.8.结论螺杆灌注桩单桩竖向极限承载力相比现行规范中经验参数法计算得到的承载力数值提高较大,研究结果对螺杆灌注桩在粉质黏土地区的设计和施工具有指导意义.     

扩底楔形桩竖向抗拔承载力理论计算方法

基于极限平衡原理,建立竖向极限荷载下考虑桩型和土性的含未知参数的统一复合破坏面;根据最大最小值原理,确定破坏面函数中的未知参数及其表达式,从而计算得到极限承载力。通过针对扩底楔形桩和常规扩底桩模型试验结果的对比分析,验证本文所建立理论模型的准确性和可靠性,并分析桩型(如扩大头直径、楔形角等)和桩周土性(如凝聚力、内摩擦角等)等因素对扩底楔形桩竖向抗拔承载力特性的影响规律。研究结果表明,本文所建立的理论计算方法可以简单、有效地计算扩底楔形桩竖向极限抗拔承载力。