岩溶地基上桥梁桩基设计优化方法研究与实例

结合岩溶区某桥梁基桩优化设计实例,提出针对基础下并非所有基桩桩端都存在溶洞的情况,通过合理设计承台梁和各桩桩径的方式来减小桩端存在溶洞基桩的桩顶分配荷载,尽量将该类基桩奠基标高设置在最上层顶板上,达到减小岩溶区桩基工程处治难度的方法。在此基础上,根据桩端下存在与不存在溶洞基桩刚度的差异,在分析溶洞顶板沉降计算方法后,解决了差异地基上桩基承台梁内力计算问题。将该方法应用于工程实例中,在分析承台梁刚度和桩径对基桩桩顶荷载分配的影响后,对该桩基础进行优化设计并取得了良好效果。     

考虑时间效应的复合桩基简化分析方法

基于复合桩基的基本理论，结合刚性基础的计算方法，建立了考虑时间效应的桩-土-刚性承台体系共同作用的基本方程，编制相应程序进行计算，分析了单桩、四桩和九桩3种具有代表性的桩-土-承台体系沉降与反力随时间的变化特征：在整个加载过程中，单桩、四桩、九桩承台的沉降随时间对数的变化曲线均呈“S”形；加桩承台的荷载-沉降曲线表现明显的非线性，刚性基础加桩以后“架越作用”减小。     

基于多段荷载传递法的桩基荷载-沉降解析解

目的推导出桩侧土桩基荷载-沉降解析解,为在理论上探讨桩的轴向静载与沉降之间的关系、计算桩的极限荷载、桩身轴力和桩侧剪力提供一种较为实用的方法.方法利用多组并联弹簧组来模拟桩侧土荷载传递曲线,建立桩侧土的多段线性荷载传递函数模型,模拟桩土间弹塑性本构关系,以荷载传递函数法为基础,并巧妙地利用双曲函数变换和传递函数.分析了砂土侧摩阻力的变化对桩基荷载-沉降曲线的影响,并与专业桩基计算软件结果进行对比.结果求得了桩侧土处于弹性、弹塑性和弹-塑-滑移状态下桩身内力与节点位移的解析表达式,并递推得到了桩顶荷载-沉降关系和桩顶刚度的解析解.结论多段荷载传递法求得的荷载-沉降曲线与专业桩基计算软件结果基本吻合,说明了该方法的有效性和解析解的正确性.     

悬臂围护基坑开挖对邻近双桩基础影响的三维数值研究

目的研究悬臂围护基坑开挖引起地层移动对临近双桩基础的影响.方法运用岩土数值计算程序FLAC~(3D),采用修正剑桥模型模拟土体的非线性应力-应变关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面,通过与离心机试验结果的对比表明数值模拟能较准确反映临近桩基的位移和内力,然后就桩承台、桩到基坑距离、围护墙体刚度及桩顶竖向荷载的影响进行研究.结果双桩桩顶自由时的位移、内力等要小于同位置单桩,双桩带承台时前、后桩上部会产生负弯矩,随距离增大和围护墙刚度的增加双桩位移、内力和桩侧土压力等均减小,在桩基允许承载力范围内竖向荷载的影响很小.结论前后桩之间存在加筋和遮拦效应,前后桩通过承台相互作用且变形协调.     

软土地基水闸桩土承台共同作用的沉降分析及检测

利用数值模拟的方法,分析了软土地基上所建立的水闸工程下部桩土承台共同作用的受力性能,并根据龚帕兹曲线对基础的沉降量进行了预测。采用理想弹塑性模型和Drucker-prager屈服准则对土体进行了分析,土体与桩基交界面的非线性状态采用面-面接触单元进行考虑,对桩土承台30个月的沉降变形进行了分析计算,并与工程检测的数值进行了对比分析。结果表明,预测值与检测值误差不超过5%,沉降预测结果可为监测该水闸工程日后的工作性能提供参考依据。     

低承台小群桩共同作用诱发变形特征

基于弹性理论法的桩、土位移方程进行了部分改进,使其计算精度提高;利用改进后的位移方程用Digital Visual Fortran语言编写低承台小群桩共同作用分析程序,研究桩径、桩长、桩距、承台底基床系数对低承台小群桩的荷载-沉降关系的影响.研究结果表明:低承台小群桩的荷载-沉降关系呈缓变特征;基桩承载力及沉降量均比单桩的大,随着桩长、桩径、承台底基床系数的提高,群桩承载力及基桩承载力相应提高,但同时产生较大的沉降;桩数增加,群桩承载力及基桩承载力也相应增加,当桩群总体受荷相同时,若桩数较多,则群桩的沉降较小,但当基桩受荷相同时,若桩数较多,则群桩的沉降量增加.     

桩、土、刚性承台相互作用下桩基内力计算新方法

针对港口工程中广泛使用的桩基础在波浪力及荷载作用下与高桩刚性承台和土共同工作的问题,提出较为有效、合理的计算方法.首先以杆系有限元方法为基础,将承台模拟成一根竖直刚性梁,将桩基模拟成线弹性梁,以承台与桩基相连的节点作为主节点,桩基与承台相连的节点为从节点,推导出了刚性承台和桩基的单元刚度方程;其次,桩基与土的相互作用按弹性桩的线性地基反力假设法中的m法计算,推导出了桩土相互作用下桩基单元刚度方程;最后,将波浪力等效成相应桩基单元上的节点荷载,并编写相应的有限元程序(FEPPRC).算例表明:所提出的在波浪力及其他荷载共同作用下考虑桩土相互作用的刚性承台桩基内力计算新方法是可靠的.     

计算桩基的有限元方法及程序设计

文章介绍了桩基计算程序。应用平面杆系有限元方法,推导出弹性桩的单元刚度方程;在桩顶设置竖向弹簧,将群桩结构视为框架结构,可以简化程序的编制;既考虑了刚性承台,也考虑了柔性承台,即计入承台的弯曲变形影响,使计算结果更符合工程实际。通过算例分析比较和实际应用表明,程序的计算精度很高。使用程序可以方便快捷地计算各种型式的桩基结构。     

变刚度布桩群桩基础的承载特性

针对大规模的等刚度群桩基础中不同位置的桩易出现蝶形差异沉降、桩顶反力马鞍形分布、承台弯矩增大等问题,采用有限元模型和数值计算方法研究等刚度九桩在施加均布荷载时的沉降、桩顶反力、荷载分担比等问题;通过改变群桩桩长、桩径、桩距、承台厚度建立4组单变量模型,与等刚度群桩模型的沉降、桩顶反力、桩土荷载分担比等数据进行对比,研究变刚度群桩对于差异沉降控制的作用。结果表明,群桩模型的中心桩所受承载力及沉降最大,在变刚度设计中增加中心桩桩长及桩径时,群桩差异沉降控制效果较好。     

考虑土体连续性的桩基承台梁内力分析

针对非文克尔地基上的桩基承台梁,从桩土作者共同工作出发,考虑土体连续性和应力变形的扩散性,提出一种利用变基床系数和地基柔度矩阵进行迭代,计算桩基承台梁内力的有限单元法,可用于分析变截面承台梁、复杂边界条件、各种荷载组合,以及梁体与土脱开、基桩差异等特殊情况下墙下条形桩基承台梁的内力.图5,参9.     

单桩轴向荷载-沉降曲线广义剪切位移解析算法

用线性弹性和塑性线性强化模型模拟桩周土的剪应力与剪应变非线性关系,将弹性阶段的剪切位移法推广到塑性阶段,得到了广义剪切位移理论,建立了桩土间耦合力学模型;利用此理论,分别对桩周土处于弹性、半塑性和全塑性3个不同阶段进行分析,推导出了不同边界条件下桩的荷载-沉降曲线的解析表达式以及统一解析式,对实际桩基进行了计算.研究结果表明:该方法能模拟工程中的复杂情况,从而能够解决复杂桩周边界条件下的桩基承载力与沉降问题,计算结果与实测结果最大误差为7.8%,平均误差为6%;由于考虑了桩土之间的连续性,利用该单桩承载力-沉降解析表达式能够求解桩土共同作用地基桩的承载力与沉降位移.     

复合桩基优化设计方法与工程验证

提出用基于Geddes应力解的分层总和法计算桩群分担荷载所引起的地基沉降，用基于Boussinesq解的分层总和法计算承台下土分担的荷载所引起的地基沉降，将两者之和作为桩基沉降量，结合一个具体的工程将该方法计算的沉降量和其它方法计算的沉降量及实测值进行对比，通过研究沉降量与各种因素的关系，对复合桩基的优化设计进行了探讨。     

基于剪切变形法考虑遮帘效应的群桩沉降计算

基于剪切变形法原理,导得了各基桩桩侧摩阻力在地基土中产生的位移场及应力场;并考虑了桩的遮帘效应,即各相邻基桩的存在对沉降的折减,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度;同时,利用经深度修正后Boussinesq位移解,导得桩端-土接触等效弹簧刚度;在此基础上,分别求得了各基桩由自身桩顶荷载及其他邻桩引起的柔度系数,建立了基于剪切变形法的群桩沉降计算方法。算例结果表明,本文方法与实测值吻合较好。     

承台厚度对群桩基础差异沉降的影响分析

从减少承台基础的差异沉降观点出发，完成群桩系统计算模型的基础上，建立群桩-承台体系共同作用的线性和非线性数值分析方法，将中厚度板理论应用于承台基础的分析中，找出承台厚度的变化对减少基础差异沉降的影响，得到了最佳承台厚度的估算公式。对传统的桩-土体系分析中的有关参数在基础差异沉降中所起的作用做了进一步的分析，得到一些有意义的结果。     

超长桩承载性状分析的无网格局部彼得罗夫—伽辽金法

基于紧支试函数加权残量法介绍了局部彼得罗夫-伽辽金法(MLPG)试探函数和检验函数的构造和选取.然后深入探讨其位移边界条件的处理方法、桩土材料弹塑性性质模拟方法、不连续面处理方案等及程序实现过程,并编制了相应的计算程序.结合力学经典算例验证无网格局部彼得洛夫-迦辽金法的计算精度,最后对超长桩进行了因素分析,由分析得到了基桩桩顶沉降、荷载-沉降曲线非线性性质与基桩长径比间的关系,且结果表明,存在一个有效桩长,当基桩长度大于该值时,无法以增加桩长的方式获取更高的承载力,其值与地基土性质有关.     

群桩-承台体系动力阻抗的近似计算方法

采用数值方法对群桩-承台体系的动力阻抗进行了分析.根据两个不同规模的群桩-承台体系的动力阻抗计算结果,发现在结构抗震所重点关注的低频段,群桩-土体-承台的动力相互作用与频率的相关性较小,因此可采用群桩-承台的静力相互作用关系代替其动力相互作用关系计算群桩-承台体系的动力阻抗.文中通过若干算例近似得到了群桩-承台的静力相互作用关系,并给出了利用群桩和承台的动力阻抗计算群桩-承台体系水平、摇摆和水平-摇摆耦合动力阻抗的简化计算公式.     

复杂工况下人工挖孔桩基础处理与监测分析

结合复杂工况条件下的典型的桩基工程实例,分析了在管涌条件下桩基处理方法。该实例在充分利用已施工的人工挖孔桩的基础上,将原设计人工挖孔桩基础改为桩筏基础;并在桩筏基础与地基共同作用计算的基础上进行了设计。在施工期间对基桩桩身应力、筏板主筋应力、筏板下土压力及基础沉降进行了严密的监测。监测结果表明桩筏基础存在一定的沉降差,筏板基础内力远小于设计值,经基础局部加强后保证了这个项目的顺利实施,使用效果表明基础处理方案达到了设计预期,该实例基础处理方法和监测结果对同类工程项目具有重要的参考价值。     

深水高桩承台基础地震动水效应数值解析混合算法

针对桥梁深水高桩承台基础—水体耦合动力问题,首先建立了深水高桩承台基础简化数值分析模型,针对桩身,给出了基于水下桩基尺度的桩身动水附加质量解析算法,并计人群桩效应的影响;针对承台,提出了动水附加质量简化有限元计算方法,依靠基于势流体单元的合理的流体动力学数值表达,即考虑了承台真实几何尺寸,又兼顾了其振动周期对承台动水效应的影响,从而得到了地震作用下高桩承台基础地震动水效应数值解析混合算法.以四桩高桩承台试验模型为研究对象,利用该方法进行模态及时程分析,通过与试验及其他数值、解析结果比较,表明本算法与试验及完全数值方法吻合良好,其计算精度与计算效率得到有效改善.该研究对深水高桩承台基础的抗震分析和设计具有参考价值.     

层状地基中考虑桩侧水泥土与土的静钻根植桩单桩沉降计算

基于荷载传递法和虚土桩模型,推导层状地基中考虑桩周、桩端土层分布和桩身-水泥土-土体相互耦合作用的静钻根植桩单桩沉降计算公式,并进一步讨论弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、虚土桩长度等参数对单桩沉降的影响。最后利用静载试验实测数据,对比该计算方法的荷载-沉降曲线。研究结果表明:考虑土层分布及土和水泥土对桩体沉降影响的单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较吻合,在实际工程应用中优于目前桩基设计规范的方法。     

群桩-土-承台共同作用分析方法

将承台与群桩分开考虑，通过相互作用影响系数计算群桩沉降，根据位移协调和力的平衡条件，将群桩的刚度矩阵和承台—土体系的刚度矩阵进行耦合．得到群桩-土-承台结构共同工作平衡方程，通过数值法求解承台的内力。