能源桩热-力半耦合弹性理论分析方法

能源桩集地源热泵换热管路于建筑桩基内并实现浅层地热能的利用,是受热-力耦合作用的新型桩基技术,但现有的理论分析方法未能全面揭示温度-荷载耦合对能源桩承载性状的影响。基于摩擦型单桩弹性有限元模型,本文将桩身温度变化引起的附加温度应力简化为桩身内力,并叠加桩顶荷载作用的轴向应力开展桩单元受力平衡分析,结合桩顶约束条件,建立了能源桩热-力半耦合弹性有限元模型。通过对比能源桩现场实测数据和已有的能源桩理论分析结果表明:本文能源桩弹性理论方法能较好地反映热-力半耦合作用下能源桩的承载性能和荷载传递规律。     

热-力耦合作用下新型能量桩承载性能试验

摘 要 能量桩在承担上部建筑荷载的同时兼起到地源热泵换热器的作用,热-力耦合作用下对其承载性能产生的影响与常规桩不同。文章基于室内模型试验方法,对热-力耦合作用下饱和砂土地基中新型能量桩（掺入0.6 %的钢纤维和4 %的石墨）桩周温度场分布、桩身热应力、桩端土压力、桩身侧摩阻力、桩顶以及桩周土体竖向位移的变化规律进行研究。试验结果表明：桩端土压力在升温时逐渐增大,降温时逐渐减小;桩身热应力随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势,同一深度处温度越高桩体内产生的热应力越大;无论有无工作荷载,桩侧摩阻力均随温度的升高而增大;工作荷载作用时,随着循环次数的增加桩顶的沉降位移不断累积,对结构的安全性、耐久性及正常使用造成不利的影响。     

热—力耦合下能源桩沉降和荷载传递特性的数值分析

在热—力耦合下,能源桩荷载传递及其沉降规律是能源桩的研究热点。通过FLAC~(3D)有限差分软件研究能源桩在冬季运行工况下的沉降和荷载传递特性,并用London试验验证数值计算结果的合理性和正确性。通过研究温度对桩身轴力以及桩体和桩侧土体的沉降的影响,发现热—力耦合作用下桩体的轴力大于仅荷载作用时;桩体因自身温度升高而膨胀,桩体的上半部分相对于桩侧土体向上运动,桩体的下半部分相对于桩侧土体向下移动,使得桩体顶部的沉降量减小,热—力耦合作用下桩侧土体的沉降量小于仅荷载作用时。     

地热桩荷载-温度作用下单桩沉降特性数值分析

建立了地热桩荷栽-温度作用数值计算模型,并用现场试验数据进行模型的验证。结合不同气候地区地源热泵系统运营特征模拟了地热桩3种不同持续运营工况。给出了不同荷载水平下,升温、降温和升-降温持续周期性运营工况影响的单桩桩顶沉降变化曲线。结果表明:长期运营过程中桩顶沉降呈现周期性变化并产生累积;沉降累积效应与地热桩运营工况以及桩顶荷载水平有关;地热桩工程应用应关注持续周期性运营过程中温度的影响。     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,得出如下结论：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B4点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,为试验设计及工程应用给出建议。     

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。     

挤扩支盘桩承载性状与沉降特征的试验

通过对支盘桩的静载荷试验和对桩身轴力的测试,分析了桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理和沉降特性,测试了桩身侧摩阻力和承力盘的端承力分担荷载的比例.指出工作荷载下支盘分担的荷载比例高于60%;桩侧摩阻力充分发挥时桩顶的沉降约为0.6%d;支盘间距3.57d没有明显影响承载力的发挥.     

复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统研发

自主研发了复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统,可开展单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下桩基加载试验。由模型槽、竖向-水平耦合加载系统、测量系统三部分构成,子系统之间以螺栓连接,可拆解。模型槽由透明有机玻璃制作、角钢加箍,便于试验土体观察和模型桩埋深、仪器埋设控制;加载系统采用滑轮、配重块和微型千斤顶、液压泵施加竖向-水平耦合荷载,设置直线滑动导轨为荷载方向调节装置,以消除水平面内桩顶与微型千斤顶之间摩擦力对桩土的作用效应,维持竖向力始终作用在桩顶中心位置;测量系统除可测得桩顶水平位移、沉降等数据外,亦可多点测量桩身水平挠曲线。最后开展了单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下PCC桩承载特性模型试验,对试验系统的可靠性和稳定性进行了验证。     

基于指数模型的能源桩热-力耦合荷载传递法

能源桩技术的推广应用促进了能源桩分析理论的发展,但现有能源桩热-力耦合荷载传递法的研究尚不够完善。基于桩侧-土荷载传递的指数模型,改进了温度效应下能源桩热效应中性面确定条件,在荷载传递分析中叠加温度效应引起的桩身位移,建立了基于指数函数模型的能源桩热-力耦合荷载传递分析方法。结合能源桩的现场测试案例,利用本文方法进行了模拟,验证了本文方法的可行性。计算结果表明:温度效应引起了能源桩的桩身轴力及侧阻力的重分布。     

竖向抗压桩承载机理与受力特性分析方法

桩基础具有竖向承载力高,基础沉降小,调节不均匀沉降能力强等优点,成为大型建构筑物的主要基础型式。桩基承载力与沉降分析是桩基设计中的主要内容。本研究基于桩身布设钢筋应力计的单桩现场静载试验结果,分析了竖向抗压单桩荷载-沉降关系、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力和桩端摩阻力发挥特性等,总结了不同桩侧和桩端荷载传递模型,明确了荷载传递模型中各参数的意义和取值方法。以桩侧和桩端荷载传递双曲线模型为例,考虑群桩中各基桩间的相互作用,提出了群桩中各基桩的双曲线荷载传递函数,结合荷载传递法形成了考虑桩-土体系渐进变形的桩基承载特性迭代计算方法。     

水泥搅拌桩试桩设计及工程应用

水泥搅拌桩在软基处理中得到了广泛的应用,试桩是保证桩基工程质量的重要环节。在贯彻必要的技术措施条件下,采取符合桩基工程质量抽样检验的科学试桩原则,有利于最佳施工方案的选择,保证工程质量。     

挤土桩施工引起的邻桩轴向拉力

通过对挤土桩施工过程中周围桩土位移的机理分析 ,导出了桩身变形、桩侧阻力和桩身轴力沿着桩长深度变化的规律 ,工程现场的实测结果与理论分析基本一致 .对影响桩身轴力的其他因素也进行了讨论和测试 .     

水泥土桩及CFG桩复合地基问题的探讨

对水泥土桩的变形模量，水泥土桩和CFG桩复合地基的桩间土应力发挥系数以及它们的静载荷试验方法进行了试验研究和理论分析，对今后进一步推广应用水泥土桩及CFG柱提供理论及实验依据。     

生石灰桩+CFG桩加固软土地基

以具体工程实例介绍了生石灰桩＋CFG桩加固软土地基的布桩方案、设计计算、施工要求、质量检验及技术经济效果。     

单桩刚度与减沉桩的设计

在阐述减沉桩单桩刚度定义的基础上，分析了影响单桩刚度的主要因素，并结合实例，给出了减沉桩单桩刚度的选择方法。     

浅谈钻孔灌注桩施工

文章介绍了古交市滩上桥工程概况,并就钻孔灌注桩施工过程及方法进行了阐述。     

浅谈桩基与沉降控制复合桩基方案的比较

通过工程地质分析,比较了常规桩基方案和沉降控制复合桩基方案。     

大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析

应用有限单元法应用程序对不同群桩效应系数下大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行了较为深入系统的数值分析,提出了以群桩周边包络线范围内的桩身体积与土体体积(含桩体积)之比作为新的折减系数,并采用该系数对单桩p-y曲线进行折减后得到的群桩p-y曲线作为桩土横向作用模型,对大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行非线性分析,比传统方法具有一定的优越性.实例证明了笔者给出的折减系数的可行性和简便性.     

CFG桩与水泥土桩联合加固地基技术研究

分析CFG桩和水泥土桩联合加固地基的承载力和复合模量.结果表明,在复合模量一定的情况下,提高CFG桩同时降低水泥土桩的置换率,承载力将提高;在承载力一定的情况下,提高水泥土桩的置换率同时降低CFG桩的置换率,加固后地基的复合模量减低.认为在实际工程中,可通过合理设置两种桩的置换率,使地基承载力与相应的地基反力相协调,调节地基的复合模量以有效减小不均匀沉降,达到优化设计的要求.     

灌注桩桩头质量保证措施

从论述保证灌注桩桩头质量重要性入手,分析得出影响灌注桩桩头质量的主要因素是:桩位偏移量,桩头标高,桩头砼的强度,笼径、笼位和笼顶标高,桩头粗度,提出了保证和提高灌注桩桩头质量的具体措施.