斜坡段桥梁基桩受力与变形分析的传递矩阵法

根据斜坡段桥梁基桩的水平承载特性,建立了考虑斜坡效应的桩-土相互作用模型及挠曲微分方程;基于m法和传递矩阵法,推导了桩身内力与位移分析的传递矩阵解答;通过模型试验,测得了黏土和砂土斜坡地基比例系数,拟合得到了斜坡地基比例系数与坡度间的关系式,验证了理论解答的合理性;以某工程实例为基础,分析了斜坡坡度和桩顶水平荷载对斜坡基桩受力与变形的影响.研究表明：斜坡地基比例系数随桩土交界面处桩身水平位移增大而呈非线性关系减小;黏土和砂土斜坡地基比例系数均随斜坡坡度增加而减小;基桩桩顶水平位移和桩身最大弯矩均随斜坡坡度和桩顶水平荷载增加而增大;当斜坡坡度由0°增加至60°时,桩顶水平位移约增大86.4%,桩身最大弯矩约增大4.6%,桩身最大弯矩位置约下移2.0 m;桩顶水平荷载每增加50 kN,桩顶水平位移平均增大48.5%,桩身最大弯矩平均增大41.6%.     

考虑m弱化效应的水平循环受荷桩分析

现行规范采用m法分析水平受荷桩的内力和变位时,将地基系数的比例系数m视为定值。承受水平循环荷载作用的桩,当桩周土体发生较大位移时,其m随桩在地面处位移增大和加载次数增加均呈减小趋势。基于现场原型试验结果,分别建立m随桩在地面处位移y0及循环加载次数T的幂函数关系式;考虑m的上述弱化效应,构建水平循环受荷桩桩身挠曲微分方程,编制其内力与变位有限差分求解程序,通过与现场试验对比分析,验证该计算方法能较好地适用于深厚软土地区在地面处水平位移大于4 mm的水平循环受荷桩的内力与变位计算。     

斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性试验研究

以某山区斜坡地形220 kv输电线路高露头挖孔桩基础水平荷载现场试验为例,研究斜坡地形高露头挖孔桩基础水平荷载作用下的桩土体系稳定性及承载机理.结果表明:由于斜坡地形边界条件对水平承载性能的影响,高露头挖孔桩基础因埋深有限、嵌固程度低、土体约束作用弱,在水平力和倾覆力矩作用下埋置于斜坡地基的高露头桩基础呈刚性短桩特性,可基于m法计算分析其桩土体系的水平承载特性;桩身水平位移是设计控制因素,基于桩身位移和桩侧土压力的m值计算方法与结果,能够较好地反映试验现象.该成果对斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性的工程设计有一定的参考价值和指导意义.     

考虑斜坡效应的桩柱式桥梁基桩稳定性分析

考虑坡面以下一定深度范围内地基抗力非线性分布模式,建立了基桩稳定性分析简化计算模型及桩-坡体系总势能方程.据此导得了斜坡段桩柱式桥梁基桩临界荷载与计算长度的能量法解答,并通过平地和斜坡两种不同情况下的室内模型试验验证理论计算方法的合理性.由此进行的参数分析表明:增大墩柱弹性模量或减小墩柱高度(高长比)均可提高基桩稳定性,当高长比取0.3~0.4时,基桩稳定性最佳;当边坡坡度在25°~35°范围内时,基桩稳定性受斜坡效应的影响较小,设计时应尽量将基桩设置在坡度小于35°的边坡上.斜坡段地基抗力比例系数m与坡度α之间的相互影响关系尚有待深入研究.     

基于原型试验的黄土地区钢管—混凝土组合桩单桩横向抗力特性分析

为研究水平荷载作用下黄土地区钢管—混凝土组合桩的横向抗力特性,结合山西芮城某光伏发电厂桩基工程现场试验结果,分析了在水平推力作用下钢管—混凝土组合桩桩顶位移梯度、地基土水平抗力比例系数等的变化规律。研究结果表明:随着水平推力增大,不同埋深桩桩顶位移梯度均呈不断增大变化趋势,水平推力每增加3 k N,桩顶位移平均增大8. 07×10-2mm·k N-1;随着水平推力增大,桩侧地基土水平抗力比例系数呈不断减小变化趋势,水平推力每增加3 k N,地基土水平抗力比例系数平均减小79. 22 MN/m4;随着桩顶水平位移量增大,桩周地基土水平抗力比例系数均呈不断减小变化趋势,且水平位移量平均每增加0. 95 mm,地基土水平抗力比例系数平均增大29. 84 MN/m4。     

纵向和横向荷载下微倾单桩变形和内力的弹塑性解

为提高工程中桩身侧向变形较大时纵向和横向承载单桩的设计及计算水平,考虑桩身初始微倾斜及土体的弹塑性,采用矩阵计算法得到地基水平抗力系数为常数时桩身侧向变形和内力的解及桩身最大位移、最大弯矩及其所在位置的计算方法。研究结果表明:解的计算值与模型试验值较吻合;当桩顶自由时,桩身最大位移、最大弯矩及土体屈服后桩身最大弯矩距地面的距离均随桩身初始倾角的增大而增大;桩身初始微倾斜对桩身侧向响应的影响随纵向荷载的增大而增大;桩身最大位移、最大弯矩及桩身最大弯矩距地面的距离均随纵向荷载的增大而增大,且其变化速率随纵向荷载和桩身初始倾角的增大而增大,因此,土体的弹塑性、纵向荷载及桩身初始微倾斜等对桩身侧向响应的影响不容忽视。     

PHC管桩单桩水平静载荷试验研究与分析

结合PHC管桩水平静载试验结果,研究了PHC管桩的水平承载性状,确定了单桩水平临界荷载、水平极限荷载和地基土水平抗力系数的比例系数m,并分析了m值与水平荷载和水平位移的关系.     

倾斜荷载下基桩C法的幂级数解

在C法(地基系数沿深度呈抛物线形式增加)假设基础上,从弹性桩的基本微分方程出发,考虑P-Δ效应并计入桩侧摩阻力和桩身自质量,推导并得到了倾斜荷载作用下单层均质土中基桩内力及位移的幂级数解.利用该解答对某工程实例进行了分析计算,并与传统的m法计算结果进行比较.结果表明,基于C法的幂级数解计算所得基桩内力及位移规律与工程实际吻合,且基桩最大弯矩和地面水平位移较m法降低10%左右.     

竖向和水平荷载共同作用下PHC管桩受力分析

考虑桩身摩阻力、桩身自重及土抗力的影响,从弹性桩的挠曲线微分方程出发,假定均匀地基土层中地基系数按m法线性增大,推导了在竖向和水平向荷载共同作用下基桩的内力和位移的幂级数解答.公式规律性强,意义明确,容易编制成程序来求解问题.通过计算桩身挠曲线、转角和弯矩,竖向荷载的作用能稍微提高管桩的水平承载性能.     

复杂荷载下斜坡上单桩水平承载特性研究

随着国家基础设施的不断完善,在实际工程中,建筑物桩基需要建立在倾斜的斜坡上,位于斜坡上的桩基的承载特性与平地上桩基的承载特性有明显的差别.利用自行研制的试验装置,采用粉土作为斜坡上的土体模型,进行了室内水平静载模型试验,得出斜坡上桩基在复杂荷载作用下的承载特性规律.运用ABAQUS有限元分析软件对斜坡上桩的承载特性进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好,并进一步探讨了斜坡桩的桩承载因素的影响分析.研究结果表明:在水平推力较大时,桩顶位移随荷载呈现非线性变化,说明桩-土作用体系符合非线性模型规律;临坡距对桩身承载特性有一定的影响,斜坡上桩身距离坡顶越远,桩所受到的土体被动区土抗力越小,桩顶水平位移和桩身弯矩越小,在桩长和桩径不变的情况下,把桩设置在临近坡脚位置时可提高桩身的水平承载能力;增大桩周土体模量可以提高桩周土体对桩的嵌固作用,有效减小桩顶侧移和桩身最大弯矩.     

碎石土斜坡场地桩基m值影响因素分析

桩基m值的影响因素复杂,而碎石土斜坡场地桩基m值的影响因素较水平场地又有所不同。为研究碎石土斜坡场地m值的影响因素,在现场单桩水平静载试验的基础上,根据现场实际情况用数值分析软件进行模拟,建立可靠的数值试验模型,并应用灰色关联度法分析6个重要因素对碎石土斜坡场地m值影响程度。研究成果表明,6个影响因素对碎石土斜坡场地桩基m值影响各不相同,按其影响程度的大小排序为桩前坡度土体密度桩长嵌岩深度桩截面特性桩身材料。     

斜坡桩-土体系动力p-y曲线影响因素分析

碎石土斜坡场地桩-土体系动力相互关系及其主要影响因素的研究成果鲜少。基于此,本文以西南地区穿越典型地形地貌和地基土大类的某一线路工程为例,调研分析斜坡桩基震害特点,并采用FLAD3D建立斜坡桩-土体系分析模型,研究斜坡桩-土体系动力p-y曲线的影响因素。获得了动力荷载作用下碎石土斜坡动力p-y曲线基本特点,建议了以滞回圈极值点或拐点绘制骨干曲线的方法,进一步归结出动力p-y曲线的刚度、桩土相互作用力、桩土相对位移及曲线滞回圈面积与埋深、桩径、碎石土相对密度和斜坡坡度的关系,最终引入桩侧土反力的桩径影响因子FD、土性密度影响因子FM、斜坡坡度影响因子Fβ,用于描述上述因素对桩侧土反力影响情况。以上研究成果可以更好的表述碎石土斜坡桩基在地震荷载作用下的桩-土体系间相互关系。     

轴向和橫向荷载同时作用下的桩基计算

本文在现行m法假设基础上,导得了考虑轴向集中荷载、桩自重、桩侧摩阻力及横向荷载综合作用下柔性桩的分析解.文中计算指出:当桩的自由长度及轴向荷载较大时,p-△效应对桩身弯矩的影响是不容忽视的.本文解答弥补了现行m法理论不计轴力的不足.此外,本文从弯矩、位移等效原理出发,得到了基桩地面以上部分在轴向集中荷载及沿轴向均布荷载作用下桩顶位移及地面处桩身弯矩的计算式,该解答亦可用于各类悬臂梁柱的静力计算.     

基于模型试验的陡坡段基桩水平循环响应特性分析

为探究陡坡段桥梁基桩水平循环响应特性,设计并开展了不同循环次数、荷载幅 值和坡度条件下的水平循环受荷陡坡段基桩模型试验. 通过对比实测弯矩推导的地基反力分 布与实测地基反力分布,验证了实测数据的可信性,进而分析了桩顶水平位移、桩顶偏转角、 桩身弯矩及地基反力分布的演化规律. 结果表明：桩顶水平位移由弹性变形和塑性变形组成, 弹性变形基本保持不变,塑性变形随循环次数的增加而非线性增大,增加率逐渐减小,即塑性 安定;桩顶无量纲位移和桩顶转角均随循环次数的增加而非线性增大,且桩顶无量纲位移的 上包络线均可用幂函数y0/D=An0.11拟合;陡坡段基桩的单向水平循环响应主要受前100次循环 加载影响;桩身最大弯矩和最大地基反力均随荷载幅值和坡度的增大而增大,二者的位置均 随坡度增大而下降,但几乎不受荷载幅值影响.     

Pasternak地基中H(t)-V受荷桩水平响应有限杆单元法分析

为探讨桩顶水平动荷载H（t）与竖向荷载V联合作用下桩基的水平响应,基于 Pasternak地基和Euler梁理论,建立了桩-土相互作用水平振动分析模型,采用改进的有限杆单元方法求解考虑P-Δ效应、土体剪切效应影响的综合刚度矩阵方程,结合桩土连续边界条件得到桩身内力与位移解答.通过与已有解析解、有限元解和模型试验的结果比较,验证了计算方法的合理性.最后,对影响桩身内力与位移的主要因素进行分析.结果表明：1）传统Winkler地基相较于Pasternak地基模型,忽略了地基土体的剪切效应,将夸大桩体结构的实际受力,使得计算得到的桩身水平位移和弯矩均大于Pasternak地基所得结果,且随着桩土弹模比Ep/Es的降低,两种地基模型计算的桩身最大水平位移和弯矩的差异性呈现出增强趋势;2） 随着桩顶竖向荷载的增加,桩身水平位移和弯矩受P-Δ效应的影响显著.当桩顶竖向荷载特征参数λ由0增至2时,桩身最大水平位移和弯矩分别提高40.85%和78.57%;3） 相较无限长桩（L>20dp）,有限长桩的水平位移和弯矩的动力响应受桩身长径比L/dp影响更大;桩身最大水平位移和弯矩随着水平简谐荷载幅值H0的增加而增大,随着无量纲频率a0的增大而减小.     

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.     

侧向荷载作用下斜坡地基加趾桩研究

位于斜坡地形上的桩基础,由于斜坡的存在使其向下坡一侧的土体缺失,水平抗力系数下降,桩基础更容易发生倾覆;但目前对于斜坡上的桩基础并没有针对这一点进行专门的优化设计。针对这一点,通过分析了斜坡桩土相互作用的特点,结合已有的斜坡m值折减研究与挡土墙墙趾的抗倾覆原理,设计了一种针对斜坡地形的抗倾覆加趾桩。加趾桩通过类似于挡土墙墙趾的结构,在水平力作用下利用桩身的重量产生弯矩以对抗水平荷载,以补偿斜坡地形造成的抗倾覆力损失。对刚性桩和弹性桩分别设计了两种形态的加趾桩,并利用数值模拟对其结构和稳定性进了验证。     

基于能量法的斜坡中楔形基桩屈曲稳定性分析

考虑了桩侧摩阻力以及桩后土体滑坡推力的影响,采用非线性桩侧土水平弹性抗力分布形式,基于Rayleigh-Ritz法,对斜坡中楔形基桩的屈曲稳定性问题进行了研究,得出了斜坡中楔形基桩屈曲临界荷载的表达式.分析了坡角、桩后土体滑坡推力分布形式、桩身埋置率、桩侧摩阻力及桩身嵌固率对斜坡中楔形基桩屈曲稳定性的影响.研究结果表明:与等截面桩相比,桩端直径不变时,不同桩径变化率下的斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载均有了不同程度的增加;桩径变化率越大,斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载增加的幅度也随之增大.坡度、桩身埋置率以及桩身嵌固率对斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载影响较大;桩侧摩阻力能够提高斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载,但是提高的幅度有限.桩后土体滑坡推力的大小和分布形式对斜坡中楔形基桩屈曲临界荷载影响很小,以上两者均可以忽略不计.     

软土弯剪作用下大直径刚性桩水平承载性能试验

对软土中2根直径为0.90~1.09m、埋深6.47m的钢管单桩进行弯剪作用下的单向单循环快速维持荷载试验,获得桩身弯矩和桩顶位移随荷载的变化情况,探讨了桩周土地基加固对桩的水平承载能力的影响及刚性短柱法的适用性.试验结果表明:桩身弯矩沿埋深呈现先增大后减小的趋势,弯矩最大值出现在0.06~0.15倍埋深处;荷载水平小于0.23时,桩顶水平位移较未加固前减少20%~30%,地基加固提高了桩的水平承载性能,而荷载水平大于0.6以后,地基加固的影响消失;采用刚性短柱法的设计用钢量较实际需求多37%,存在较大安全余量.     

深厚软土地基细长PHC管桩水平荷载试验研究

通过珠海保税区深厚软土地基中两根细长PHC管桩的水平荷载试验,分析了深厚软土地基中PHC管桩在水平荷载作用下的受力特点.试验结果表明:细长PHC管桩能够抵抗水平荷载的作用;弹性长桩的下端可以看成嵌固于土中而不能转动,由逐渐发展的桩截面抗矩和土抗力来承担逐渐增大的水平荷载;弹性长桩的受力性质主要受上部土层的影响.根据试验结果计算出来的水平地基抗力比例系数m的值对该类工程地质的桩基设计具有一定的参考价值.文中还采用通用有限元软件ABAQUS对PHC管桩的水平承载特性进行了模拟,计算结果能满足精度要求.