柔性桩的三维弹塑性有限元研究

选用刻画土与柔性桩塑性特点的弹塑性本构模型 ,利用三维有限元对土与柔性桩在荷载作用下的塑性区扩展状况进行了研究 .计算结果表明 ,柔性桩对具有不同力学特性的土层 ,表现出传递荷载特性的不同     

筒体-桩筏-地基土共同作用非线性数值分析

考虑上部结构、基础与地基土三者共同作用,以及土的弹塑性性质,采用中厚板理论分析筏板,建立了全三维有限元模型,对筒体结构下桩筏基础受力作了非线性数值分析。通过对弹性模型和弹塑性模型计算结果的比较,明确了非线性分析的意义。研究了地基土应力、应变随荷载的变化情况及桩顶反力分布的发展过程,并指出筏板厚度的增加并不总是使桩顶反力趋于不均匀。同时,讨论了土塑性及基础沉降曲面形状对桩筏基础工作性状的影响。     

用接触面弹塑性损伤模型分析群桩基础

探讨了接触面弹塑性损伤模型在群桩基础响应分析中的适用性。建立了用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。采用多种接触面模型及多组模型参数对单调和循环荷载作用下的群桩基础与地基相互作用进行了三维有限元分析。结果表明:弹塑性损伤单元能够合理地描述包括体应变及其与剪应变的耦合特性在内的接触面主要静动力学特性;接触面的力学特性对桩土相互作用分析有重要影响;Clough-Duncan模型和理想弹塑性模型不能反映接触面的体应变及其与剪应变耦合特性,算得的桩的响应与弹塑性损伤接触面单元差别较大。因此,使用弹塑性损伤接触面单元进行土体与结构物相互作用分析较为合理。     

PHC管桩水平承载性状分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS对深厚软土地基中预应力高强混凝土(PHC)管桩在水平荷载作用下的受力性能进行了数值模拟.桩土体系采用三维模型,桩身混凝土采用弥散开裂模型,管桩内钢筋采用理想弹塑性模型,桩周土体采用Mohr-Coulomb本构模型.桩土界面利用基于库伦摩擦模型的点面接触形式.桩中混凝土和桩周土体采用三维减缩积分一阶单元C3D8R,钢筋采用三维三节点杆单元T3D3.有限元分析结果与实测曲线比较接近,且基于库伦摩擦本构模型的点面接触形式可以很好地模拟在水平荷载作用下桩土的共同作用.利用经试验验证的有限元模型对不同型号PHC管桩的水平承载性能进行了分析,揭示了PHC管桩的水平荷载传递机理.     

有限棱柱法在群桩与土相互作用分析中的应用

应用有限棱柱单元法对群桩与土相互作用系统进行了三维弹塑性分析，并以无限棱柱元模拟半无限空间地基土的边界条件。在计算中以理想弹塑性弹簧模拟桩土之间的相互作用，地基土的本构模型采用修正剑桥模型。主要分析了在集中荷载下由４根长桩组成的群桩与土相互作用系统，通过具有不同径距比的群桩系统的计算，得到一组承台中心的荷载－沉降曲线。     

复合桩基桩土非线性相互作用的数值分析

为了对复合桩基桩土非线性相互作用的工作机理进行深入分析,利用ABAQUS对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行了三维弹塑性分析.利用无厚度接触面单元模拟筏板桩土的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩设为弹性,得到了沉降、桩土荷载分担比、土体绕桩流动等变化情况,并对二者进行了对比分析.分析结果基本反映了桩土筏的实际工作性状,并验证了复合桩基理论的正确性.     

刚柔长短桩复合地基模型实验研究

对由四根水泥土短桩和一根混凝土长桩组成的复合地基模型进行了实验研究.分析了复合地基的荷载与沉降关系、桩身应力和桩间土应力变化情况,认为在弹性阶段刚柔桩和桩间土共同分担荷载,在塑性阶段柔性桩能够将荷载传递到更深的深度.由于短桩的端阻力作用,长桩在相应位置将出现负摩阻力,桩间土应力将出现两个峰值点.     

桩间距对软黏土中桩筏基础沉降特性影响研究

为了研究桩间距对软黏土中桩筏基础共同作用特性的影响,基于大型通用有限元软件ABAQUS,本构模型采用Mohr-Coulomb破坏准则,进行理想弹塑性分析,同时考虑土的应力应变非线性特性以及筏板对承载力的影响,讨论了桩间距不同时,桩筏基础边桩、角桩、中心桩的荷载沉降特点。结果表明:当桩间距设置不同时,桩筏基础中各基桩桩顶荷载分布不均匀,从而各基桩的沉降也出现不同的特点。随桩间距增大,筏板下桩顶沉降分布由角桩沉降最大逐渐转化为中心桩沉降最大。     

引入三维接触单元模拟冻土与桩共同工作

运用虚位移原理推导出三维非线性接触单元的等效单元刚度一约束矩阵;通过建立冻土地基的热弹塑性-蠕变增量应力应变关系及几何方程得出冻土地基的热弹塑性-蠕变单元平衡方程。根据桩土共同作用的工作特性,通过引入非线性接触单元将冻土地基的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模式与混凝土桩联系起来,建立了冻土区桩土共同作用的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模型,通过模型计算结果与实测比较表明,该计算模型能较好地体现桩冻土共同工作性能。     

高桩码头体系被动桩特性及破坏机制

为深入了解高桩码头结构体系在最不利工况下的被动桩特性及破坏机制,考虑桩土共同作用、地基土弹塑性性质、桩土界面接触不连续特性以及码头结构材料非线性,采用有限元方法研究了码头结构在最不利工况下的受力变形特性及塑性铰分布规律,一定程度上为施工设计提供参考.计算结果表明:岸坡变形导致码头结构内力分布明显地向海侧调整,从而引起靠岸侧桩基产生较大拉力,处于不利工作状态;靠岸侧边桩弯矩沿桩身呈先增大后减小的分布规律,其余桩体弯矩则均沿桩身呈逐渐增大的分布形式;桩顶与码头面板连接处因钢筋较先进入塑性状态而形成塑性铰,在工程设计中应予以重视.     

粉喷桩复合地基桩土应力比的试验研究

粉喷桩群桩复合地基静载荷试验及桩土应力比的试验结果表明 ,粉喷桩复合地基的变形 ,可分为弹性、弹塑性、塑性三阶段 ,利用其 logs- logp曲线可确定复合地基的承载力值。在试验荷载条件下 ,随着荷载水平的增加 ,桩间土的应力增长幅度变小 ,而桩体应力增长幅度变大 ,桩体逐渐承担大部分上部荷载 ,桩土应力比与荷载之间基本上呈线性增长趋势     

柔性基础下CFG桩复合地基工作机理探讨

为了清楚对于柔性基础下刚性桩复合地基的力学特性,通过理论分析了对柔性基础下的刚性桩复合地基在上部荷载作用下的荷载传递机理,将它考虑为由基础、垫层、土体、增强体、下卧层组成的系统进行研究,这些元素相互影响,相互耦合。研究了柔性基础的桩土应力比变化规律,研究表明与刚性基础相比柔性基础下桩土应力比要小得多,它随荷载增加先减小后增大呈波浪形变化,其研究成果可为路堤下复合地基设计提供有益参考。     

刚性长短桩复合地基竖向传力机制研究

利用三维有限元弹塑性分析方法,建立刚性长短桩复合地基模型进行模拟计算,分析了刚性基础下褥垫层对复合地基中长短桩的上刺入变形及桩侧负摩阻力的发生发展规律,以及不同位置短桩侧摩阻力和端阻力对长桩侧摩阻力发挥水平的影响规律,研究了刚性长短桩复合地基的荷载-沉降特性及长、短桩的竖向传力机制,建议了复合地基中长短桩的设计原则.     

CFG桩横向荷载作用下竖向沉降和承载力的试验研究

通过室内模型桩试验,分析了水平力对CFG桩竖向沉降和极限承载力的影响.运用三维有限元的方法,考虑了土体的弹塑性(Prandtl-Reuss模型),以及在桩土界面处设置接触单元来考虑桩土的滑移和开裂,对模型桩进行了模拟分析.通过现场原形实验,对分析结果进行验证.结果表明,水平荷载的存在,既增加了附加沉降量,也提高了极限承载力.     

土-结构动力相互作用对结构弹塑性变形影响的探讨

罕遇地震作用下进行结构弹塑性变形验算是十分必要的，目前结构弹塑性变形验算的方法均是基于地基刚性假定提出的，而考虑土-结构动力相互作用的结构弹塑性变形验算有待研究．采用平面桩-土-结构弹塑性有限元分析，探讨了水平地震作用下土-结构相互作用对弹塑性变形特性的影响．分析发现，考虑相互作用后，多层框架结构弹塑性层间位移均有折减，薄弱层的塑性变形减小，发生塑性破坏的程度降低．对多层框架结构按现有规范进行弹塑性变形验算可能偏安全．     

超长桩荷载-沉降关系非线性迭代计算方法

基于超长桩试验资料,提出桩侧广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性,桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性,并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状,从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。计算得到的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合,可作为确定桩承载力的依据,经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该理论可靠、方法简单,且具有较好的适用性。     

端承长桩下长短桩基础的垫层特性分析

针对长短桩桩筏基础中垫层特性对整个基础的影响,运用三维弹塑性有限元方法进行了数值模拟.分析中,筏板采用弹性薄板理论,土体采用摩尔-库仑弹性-理想塑性模型,桩体采用线弹性模型,桩土之间接触面采用非线性弹簧模拟.以桩数为9×9的长短桩桩筏基础为例,论述摩擦端承长桩条件下长短桩基础设置垫层的必要性,进而分析垫层材料性质和垫层厚度变化对长短桩基础中长桩、短桩的轴力分布,以及筏板、桩与土体沉降的影响.     

不同水位下钢板桩围堰工作性状有限元分析

为探讨钢板桩围堰体系工作特性,通过建立双排钢板桩围堰体系弹塑性有限元数值模型,采用基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构模型考虑土石物的弹塑性性质,采用罚函数接触算法描述界面接触特性,针对不同水位下钢板桩围堰在加载过程中呈现的受力变形特征进行了分析与讨论。计算分析表明:在高水位时外侧钢板桩承受被动土压力,而在低水位时外侧钢板桩承受主动土压力。在极端高、低水位情况下,围堰土石体系均在拉杆内侧端部附近区域存在明显的塑性区,在极端低水位下拉杆外侧端部土石体系附近区域也存在明显塑性区。围堰外水位越低,围堰外侧钢板桩承受的主动土压力越大,外侧钢板桩的正向侧向变形亦越明显,拉杆和钢板桩强度特性发挥的越充分。因此,随着围堰外水位标高增加,拉杆截面正应力变化率呈现逐渐衰减变化特征。     

基于能量法柔性桩复合地基的沉降计算

为精确计算柔性桩复合地基沉降,对基于能量法的沉降计算方法进行研究。首先,以荷载传递法为基础,假设桩侧摩阻力与桩土相对位移满足弹塑性关系,推导出桩体及桩间土的能量方程,建立柔性桩复合地基的系统总势能表达式,基于最小势能原理获得桩土的荷载分担值;然后,采用修正剑桥模型计算桩间土的压缩量,同时引入柔性桩应力应变特性曲线计算桩体压缩量,其与下卧层压缩量之和即为复合地基沉降量。最后,利用该方法对室内试验和既有案例进行建模与计算。研究结果表明:复合地基沉降量计算值与实测值相吻合,验证了该计算方法的正确性。     

温度荷载影响下能源桩受力特性分析

能源桩作为一种新型桩基础形式,通过将换热管材埋于桩中与周围岩土体进行热交换,其承载特性受温度-荷载共同作用而不同于常规桩。有限的现场原位试验测试数据不足以全面的反应能源桩在不同约束条件下的承载性能;因此高效而准确的数值模拟方法的应用,将为能源桩受力特性的分析带来极大的便利。基于理想弹塑性桩-土荷载传递准则,应用数值模拟的方式对能源桩受力特性进行了分析;通过改变桩顶及桩端约束、桩周土体强度、上部结构荷载情况,调查了能源桩在温度荷载作用下的轴向应力,桩侧摩阻力及桩-土相对滑动位移等的变化,以期加深对能源桩受力特性规律的认识。