嵌岩桩的承载特性与承载力计算模式分析

嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的,在计算嵌岩桩承载力时,过去常忽略覆盖层的侧阻力,将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待,荷载全部由桩端承担。本文通过对嵌岩桩的长径比大小、上覆土层特性、嵌岩段的岩性、及成桩工艺（有无沉渣）等分析,得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念,从而改变了人们对嵌岩桩承载特性的认识：即嵌岩桩的长度越长,长径比越大,上覆土层越硬、嵌岩深径比越大、嵌入岩体越深,嵌岩桩的承载性状越表现为摩擦型桩,而离端承桩也越来越远。并对现行的几种嵌岩桩承载力的计算模式进行分析。     

嵌岩桩竖向承载性能试验研究进展

随着城市规模的不断扩大,高层、超高层建筑物及大型桥梁的建设需求,桩基础逐渐向大直径、深埋深的方向发展。嵌岩桩是目前城市建设中经常遇到的桩型,有效确定嵌岩桩的竖向承载力并厘清其竖向荷载传递机制,是实现嵌岩桩安全、可靠使用的前提和保障。充分掌握嵌岩桩承载性能的前提是明确基桩的竖向承载力特征值,从宏观上得到基桩的荷载传递性状、桩-土-岩相互作用规律及桩受荷后的破坏模式。掌握嵌岩桩的破坏模式和荷载传递规律对深入认识嵌岩桩承载性能具有重要的意义。为此,本文从嵌岩桩的荷载传递规律、破坏模式、承载特性和影响承载特性的主要因素等四个方面对嵌岩桩承载性能的研究现状进行梳理,归纳和评述了嵌岩桩荷载传递特性及破坏特征的最新研究进展,总结了嵌岩桩承载性能现场试验和室内试验的研究进程,详细分析了影响嵌岩桩竖向承载性能的主要因素,讨论了现阶段嵌岩桩承载性能研究工作的不足之处,并针对研究的不完备提出相应的建议和研究方向。     

大直径混凝土桩的承载特性试验研究

为研究软岩地区大直径混凝土桩的承载特性和荷载传递机理,本文对3根大直径混凝土桩进行单桩竖向抗压静力载荷试验,探讨桩荷载沉降曲线、桩身轴力和摩阻力的变化。结果表明:大直径混凝土桩的荷载沉降曲线Q-s曲线呈缓变型,并且具有相对较高的承载力及桩身强度;大直径混凝土桩桩身上部一定范围内先承受负侧摩阻力,中性面以下开始承受正侧摩阻力,承载形状呈摩擦桩。本文研究结果可为软岩地区大直径混凝土桩的理论研究及应用提供参考,对其他地区类似工程实践具有一定的借鉴价值。     

桩-岩界面胶结作用影响下软岩嵌岩桩承载特征

为研究竖向荷载作用下嵌岩桩桩-岩界面水泥浆的胶结作用对其剪切特性及嵌岩桩的荷载传递性质的影响规律,针对桩-岩界面剪切过程中的胶结弹性变形、滑动剪胀和剪切滑移三个阶段特点,建立了考虑胶结作用影响下的各阶段桩-岩界面剪切本构模型.根据软岩嵌岩桩桩-岩界面粗糙体磨损特性,利用滑移线场法原理分析并得到了嵌岩桩极限剪胀位移.基于荷载传递理论,推导并建立了软岩嵌岩桩荷载传递解析模型.依据所建立的模型并结合实例验证方法,进一步分析了胶结作用影响下桩侧岩石力学特性等因素对嵌岩桩桩侧摩阻力的影响规律.研究结果表明:桩-岩界面胶结作用使剪胀区域桩侧摩阻力明显增大;随着桩侧岩石弹性模量的增大,胶结作用对剪胀区桩侧摩阻力的增强效应越明显,对剪切区域桩侧摩阻力弱化效应越大.当计算软岩嵌岩桩极限承载力时,桩-岩界面胶结作用的影响不可忽略.     

再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载特性及计算理论

为了研究再生混凝土骨料包裹桩复合地基的承载性能,开展了复合地基承载特性的模型试验.试验结果表明：再生混凝土骨料包裹桩复合地基能明显提高被加固土体的承载特性;在进行再生混凝土骨料包裹桩复合地基设计时单桩长径比宜为6~8,桩径宜为800~1200 mm,土工材料包裹长度宜为5~6倍桩径,包裹材料刚度宜为1000~4500 kN/m,在设计桩间距时,最优置换率宜选取在10%~20%之间;桩体底端与顶端应力之比随承压板顶面位移的增大逐渐稳定在15%~20%左右;再生混凝土骨料包裹桩侧土压力由桩顶向下呈先增大后减小的现象,最大应力出现在距桩顶约300 mm（3d）深度处;根据再生混凝土骨料包裹桩复合地基桩、土和土工包裹材料的变形协调原理,及桩体的鼓胀变形特性对再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载力计算公式进行了推导,所得结论可为新型复合地基的设计提供依据。     

嵌岩灌注桩在软岩中的承载性状测试与分析

嵌岩灌注桩是当前较为常用的基础形式，但在软质岩层中嵌岩桩的承载性状的理论分析、试验和测试研究还不能适应工程的需要。通过对某工程在泥质粉砂岩层上所做的单桩静载试验，测试了桩周侧阻力及端承力，对嵌岩灌注桩在软岩中的承载性状进行分析。     

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.     

不同桩体材料超长单桩室内模型试验

对竖向荷载作用下的不同桩体材料超长单桩进行模型试验研究,分析其承载机理和变形特性,研究两种材料超长单桩的荷载-位移特性,桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥性状,桩侧摩阻力和桩-土相对位移的关系以及桩身压缩量。结果表明,桩身材料的性质在很大程度上影响了超长单桩的承载和变形机理,超长单桩设计中应重视桩身材料的选择。     

嵌岩桩施工质量管理浅谈

本文分析了嵌岩桩的承载原理,提出了灌注桩缺陷的原因与防治措施及桩的质量判定方法。     

长螺旋钻孔压灌混凝土桩承载特性分析

长螺旋钻孔压灌混凝土桩作为一种深基础,在具备桩基础优点的同时还具备其他特有的优点。通过工程实例,考虑到黄土地区地质条件的特殊性。采用MIDAS/GTS软件开展对长螺旋钻孔压灌混凝土桩承载特性的研究,通过数值分析得到长螺旋钻孔压灌混凝土桩相对于其他桩型在位移、应力方面变化特征,进而分析长螺旋钻孔压灌混凝土桩相对于其他桩型所具备的优势。结果表明:GTS很好地模拟了试桩的静载分级加载过程,只是计算值比试验值略微大一点。随着桩顶施加荷载的加大,这种误差的影响也就越来越小了;在相同桩径和地质条件下,长螺旋钻孔压灌混凝土桩承载力要比圆形状高很多。     

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

嵌岩桩单桩沉降计算的一种简化模型

鉴于嵌岩桩所处土层、岩层的性质差异,桩侧土层、岩层及桩端岩层采用不同的双折线荷载传递函数（弹性－全塑性模型、弹性－硬化模型）,导出了嵌岩桩单桩沉降计算的一种解析算法。并利用所得公式对深长嵌岩桩沉降曲线特点,影响嵌岩桩单桩承载力、单桩沉降的因素等进行了讨论。讨论表明：桩身弹性模量Ｅ、桩端岩石刚度Ｃｂ是影响桩端阻力发挥的重要因素,也是影响单桩承载力、单桩沉降的重要因素。     

内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压试验

为研究内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压性能,对内填混凝土强度为112 MPa的3个内配螺旋箍筋方钢管混凝土(SCCFST)试件和1个方钢管混凝土(CFST)试件进行单调轴压加载,试验参数为螺旋箍筋的体积配箍率和屈服强度.结果表明:相较于CFST试件,SCCFST试件的轴压承载力基本没有提高,但峰值后性能有明显改善;每一次螺旋筋的断裂会导致SCCFST试件承载力显著下降;SCCFST柱承载力实测值与CFST柱承载力计算值的吻合程度较好.     

圆钢管混凝土短柱局压力学性能研究

进行了12个圆钢管混凝土短柱局压试验,探讨混凝土强度等级、局压面积比对钢管混凝土短柱局压极限承载力的影响.试验结果表明,混凝土强度等级提高,极限承载力增大而延性降低;局压面积比减小,则承载力越高延性越低.采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土短柱局压的壳-实体三维有限元模型,在试验验证的基础之上,利用ABAQUS软件及相应的有限元模型探讨局压面积比、含钢率、钢材强度和混凝土强度对短柱局压极限承载力的影响.通过拟合分析提出圆钢管混凝土短柱局压极限承载力的实用计算公式,将该计算公式、有限元计算值、其他学者提出的计算公式与笔者试验及其他学者共47组圆钢管混凝土短柱局压试验资料进行对比,分析结果表明,笔者提出的公式计算结果与试验结果相比具有较高的精度.     

钢骨—T形钢管混凝土中长柱轴心受压试验分析

为研究钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压力学性能,对16根长细比为16<λ<43的钢骨—T形钢管混凝土柱进行轴心受压试验,研究试件破坏形态和工作机理,得到试件的荷载—纵向位移曲线、荷载—应变曲线以及荷载—挠度曲线。通过分析套箍指标、配骨指标和长细比等参数对试件轴心受压力学性能的影响,以及对比试件极限承载力的试验值和理论计算值,提出钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压稳定系数计算方法,进而推出极限承载力计算公式。研究结果表明:内置工字型钢骨的T形截面钢管混凝土柱具有较好的延性;钢管、混凝土和钢骨三者能很好地协同工作,改善了核心混凝土的脆性破坏性质,使组合柱的承载力显著提高;所提出的试件极限承载力计算公式可供工程设计参考。     

有侧向约束的界面阻力件抗剪试验研究

模拟钢管混凝土柱节点区钢管壁-端混凝土剪力传递的界面，进行了13个含抗剪阻力件的试件的抗剪试验，试验参数为混凝土强度、剪跨比、阻力件的位置、排数和排距，试验还考虑了纵筋销栓作用。试验结果表明，在侧限条件下，界面传递剪力能力大为提高。本试验为新型钢管混凝土柱节点的抗剪能力提供了可靠的试验依据，可供节点设计时参考。     

大型嵌岩桩底基岩侧向承载性状试验

采用经验方法确定的桩侧极限摩阻力结果存在较大误差.选取广州新电视塔C区的4个挖孔桩底基岩进行混凝土短柱和基岩摩擦试验.对桩在受压、受拉不同应力状态下的摩擦力进行分析,获得桩和岩层摩擦承载力指标.试验研究表明,桩和围岩摩阻力在不同受力状态下表现出不同性质,抗压摩阻力特征值普遍大于抗拔摩阻力特征值.定义了抗拔分项系数γ作为抗拔力计算安全储备,建议γ为1.7～2.0,试验研究成果可为重大工程提供参考.     

嵌岩桩水平承载力地基反力Matlock法分析

嵌岩桩在海上风电、跨海大桥等结构中的应用十分广泛,但在嵌岩桩水平承载特性方面的研究仍有较多不足。弹性地基反力法中的m法在我国是用于计算水平承载桩承载力时应用最多的方法,但地基反力m法针对嵌岩桩缺少合理的取值方法。本文基于现场试验数据建立并验证有限差分数值模型,通过数值模拟与参数分析,研究了岩体力学参数和桩基参数等因素对桩岩相互作用的影响,提出了m法中地基反力系数比例系数的拟合计算公式。通过现场试验数据对文中提出的方法进行了验证,计算结果与实际情况较为相符,通过与其它方法比较,本文提出的修正m法相对非线性的p-y曲线法具有取值计算较为简便的优势。     

异形钢管混凝土整体框架静力弹塑性分析

为研究异形钢管混凝土整体框架的抗震性能,将相同条件下的异形钢管混凝土框架与钢筋混凝土框架进行了对比.对一个原6层钢筋混凝土框架建筑,采用异形钢管混凝土框架进行建模,并与原钢筋混凝土框架模型分别进行了框架的破坏机制、Pushover曲线、刚度、延性、以及性能点处的层间位移角分析.结果表明,相同面积的异形钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱各自组成的框架,异形钢管混凝土框架的承载力比钢筋混凝土框架要大得多,在倒三角工况和均布力工况下,承载力分别提高了6.23与5.58倍;异形钢管混凝土框架塑性铰的出现顺序满足＂强柱弱梁＂的设计准则;破坏时,塑性铰的变形程度要深于钢筋混凝土框架,异型钢管混凝土框架和钢筋混凝土框架的变形曲线均为剪切型,且最大层位移角均出现在第2层;在性能点处异形钢管混凝土框架的层位移要小于钢筋混凝土框架.     

钢管混凝土拱肋成型过程水化热影响分析

应用大型有限元软件对钢管混凝土拱肋成型过程中水化热影响下的结构温度场和温度内力进行计算,分析了不同混凝土浇筑温度下的拱肋温度场及其对拱肋成型时残余温度内力的影响.