水平荷载作用下管桩受力性状的三维有限元分析

为了解预应力混凝土管桩在水平力作用下的受力性状,文章采用大型有限元分析软件Ansys,建立了桩基-土体相互作用的模型,进行了不同受力状态下的模型方案计算,对水平荷载作用下预应力混凝土管桩单桩受力性状及其影响因素进行了深入的探讨。研究了桩身弹性模量、桩顶约束条件、竖向荷载、弯矩荷载以及桩长对管桩桩顶位移和桩身弯矩影响。     

湛江组结构性黏土中单桩水平承载性状试验研究

选取材质和桩径相同、桩长不同的3组模型桩,采用单向多循环加载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩水平静载现场试验。通过对试验数据的处理,得到桩顶的水平荷载-时间-水平位移(H0-t-Y0)曲线、水平临界荷载Hcr、水平极限承载力Hu以及单桩的桩身弯矩、桩身剪力、桩侧土抗力沿桩入土深度的变化情况。分析结果表明,在水平荷载作用下,湛江组结构性黏土中具有相同材质、相同桩径的单桩,其水平临界荷载Hcr和极限承载力Hu与入土桩长呈正相关关系;桩身弯矩、剪力和桩侧土抗力的最大值均随着入土桩长的增加而增大;桩身弯矩和桩身剪力主要集中在桩身上部,最容易发生剪切破坏的部位在桩顶处;湛江组结构性黏土中单桩的桩侧土抗力沿入土深度呈不完整的S形分布,且其最大值出现在地平面附近。     

深基坑双排桩支护体系承载机理研究

目的研究分析不同开挖阶段双排桩支护体系位移、应力、应变变化规律,为基坑支护设计的优化、施工提供了有效的理论依据.方法通过Midas GTS有限元数值分析法,对不同开挖阶段,双排桩支护结构位移、受力情况进行分析,得到在不同的开挖阶段双排桩支护体系的位移、受力特征.结果基坑开挖后双排桩支护结构桩顶水平位移最大,随着双排桩支护结构深度的增加,位移逐渐减小,第一、二次开挖后前排桩最大位移值为1.058 mm、42.5 mm,第一、二次开挖后后排桩最大位移值1.062 mm、42.5 mm,前排桩比后排桩值偏大;基坑开挖后,基底处剪切应力最大,双排桩支护结构桩顶、基底处弯矩值较大.结论基坑开挖后,双排桩支护结构桩顶水平位移最大,随着双排桩支护结构的深度的增加,位移逐渐减小,且前排桩位移值比后排桩位移值偏大;随着基坑开挖深度的加深,桩底处弯矩逐渐减小,最大弯矩处逐渐上移,桩顶位置值显著增大,前后排桩弯矩值变化是一致.     

水平受荷倾斜群桩模型试验及受力机理研究

长期受水平荷载的工程涉及到倾斜桩的应用，其水平承载能力和桩周土体行为受到关注．设计了4组不同布桩方式的室内倾斜群桩水平加荷模型试验，针对6桩承台，对比分析了倾斜群桩的桩身位移、桩身内力及桩周土体变形，相较于群直桩，同向10°、对称10°和对称20°的倾斜群桩水平承载力分别提高了13.3%、28.3%和75.0%，桩顶最大水平位移依次减小了21.3%、35.6%和53.9%，倾斜群桩的桩身内力较小，侧摩阻力较大，桩顶土体水平位移最多减少了48.9%，桩底土体竖向位移最多减小了56.4%．建立了承台-倾斜群桩-土体在水平荷载作用下的精细化有限元模型，进一步分析了足尺条件下不同布桩方式倾斜群桩与土体的相互作用．直桩抵抗水平荷载的作用主要由土体沿桩身法向抗力提供，而倾斜群桩在水平荷载下产生较大的侧摩阻力，且斜桩侧摩阻力水平分量在抵抗水平荷载中发挥重要作用，对称20°倾斜群桩中侧摩阻力水平分量占比高达35%，所以其水平荷载能力更强，显著提高结构的抗侧刚度．承台与桩连接方式的改变没有影响其受力模式，刚接时桩顶存在负弯矩，更有利于减小桩身弯矩和桩顶位移．合理布置的倾斜群桩可以在水平荷载下发挥显著作用...     

深基坑双排桩支护排距室内模型试验研究

为了研究深基坑双排桩支护结构最佳排距及支护结构内力,分别对2D、3D、4D和5D(D为桩径)4种排距的双排桩支护结构进行室内模型试验,通过千斤顶在基坑顶加压模拟荷载,不同开挖深度下,测量模型桩身内力大小及桩顶位移的变化.分析排距和开挖深度对双排桩支护结构的影响,包括前后桩正负弯矩大小、差值、桩顶位移等,得出双排桩支护结构的最佳排距.研究表明:双排桩支护排距变化,对桩弯矩及桩顶位移影响均较大,且双排桩排距的变化对后排桩的内力影响明显大于前排桩,对正弯矩的影响小于对负弯矩的影响;开挖深度对桩顶位移影响较大,对正弯矩的影响大于负弯矩,深度位移曲线近似为过原点的二次曲线,基坑底以上为正弯矩,坑底下为负弯矩,3D排距时桩顶位移最小,4D排距时正弯矩最大.     

砂土场地中组合荷载下单桩竖向承载特性研究

考虑砂土场地中单桩承受水平和弯矩荷载的共同影响,完成了五组共十根单桩的室内模型试验,分析了在组合荷载作用下砂土中单桩的竖向承载特性.研究表明:在不考虑竖向荷载作用的情况下,随着水平荷载作用点高度的增加,由于出现了弯矩荷载,单桩的水平极限承载力降低,但降低幅度逐渐减小;水平或弯矩荷载的增大,均会导致单桩沉降的增大和竖向承载力的降低,但只有当水平荷载达到相应位置水平极限承载力的0.5倍以上时,这种变化幅度才较明显;预先施加的水平和弯矩荷载在产生水平位移后,再施加竖向荷载,将会出现P-Δ效应,造成单桩水平位移的增大和水平承载力的降低;水平和弯矩荷载共同作用时对单桩的沉降和桩端阻力的影响程度,与水平和弯矩荷载产生的桩顶水平位移的大小正相关.     

斜顶桩驳岸结构的变形和受力特征分析

采用非线性有限元方法研究高填土施工过程对斜顶桩驳岸结构的影响．通过对承台及桩基侧向位移变化过程、结构位移矢量场和桩身弯矩的分析,初步了解了斜顶桩驳岸结构的变形和受力特征．分析结果表明,结构变形和受力特征随施工过程而变化,承台的最大位移发生在施工过程中,其值达70mm．土体位移矢量场的分析表明,在软土地基上进行高填土,其影响深度较深．将承台位移数值计算结果与原型观测值进行比较,两者吻合较好．     

成层地基中倾斜受荷群桩的非线性有限元分析

针对轴、横向荷载共同作用或倾斜荷载作用下群桩基础受力问题的复杂性，引入无厚度型接触面单元和“无拉力”分析方法，采用非线性有限元法对倾斜受荷群桩的受力变形特性进行探讨，开发考虑材料非线性、桩-土-承台共同工作机理、桩周地基土体的分层性及不同桩项荷载形式等因素的计算程序，并由此讨论初始应力场及桩项荷载大小、倾角变化对桩身内弯矩与轴力分布的影响曲线。研究结果表明：刚性承台顶的荷载不变而倾角增大时，中桩桩项的弯矩逐渐增加，边桩的弯矩则逐渐减小；当荷载倾角不变而荷载增加时，承台下各基桩的弯矩变化规律则随荷载倾角的不同而变化。     

可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应特征

为了研究可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应问题,以宿迁金鹰工程可液化场地为依托,采用基于CPTU测试的p-y(土抗力桩挠度)曲线法,构建了单桩水平动力承载数值计算模型.分析了不同加载振幅和振动次数下的单桩水平循环加载特征,比较了可液化地基处理前后的单桩水平承载动力响应规律.结果表明:可液化地基处理后单桩水平动力承载能力增强,桩周土抗液化能力提升,桩身截面最大弯矩上移,桩顶荷载传递深度降低;在桩顶水平循环加载作用下,桩身变形和弯矩随加载振幅和振动次数的增加而增大;十字翼共振法处理可液化场地对提升桩基水平承载力具有显著效果.     

考虑土体固结的单桩-土-承台非线性共同作用程序实现

提出了基于有限层理论的考虑土体固结的单桩-土-承台非线性共同作用分析方法。在此基础上，介绍了相应的计算程序CPRI的实现过程，给出了主程序计算框图和桩土承台支撑体系计算子程序框图。通过程序PRI检验和算例分析，验证了程序的正确性。程序CPRI可以模拟不同时刻单桩-土-承台支撑体系的竖向位移、孔压、桩顶反力和土体反力变化的情况。     

桩-弹性承台体系的受力分析

以虎门大桥辅航道通航孔嵌岩桩基础为工程背景,通过桩项反力、承台表面位移随承台厚度和布桩形式变化的分析,指出承台的厚度、桩的布置形式都会对桩一承台体系的内力和变形产生影响,指出桩-弹性承台进行桩基础的计算分析是比较全面的．     

混凝土管桩水平受力性状有限元分析

根据文克尔地基模型,假定地基土的水平抗力系数沿深度成线性变化,利用有限单元法对水平荷载下混凝土管桩的水平位移、桩身弯矩等变形特性及其影响因素进行分析。通过对桩径、桩周土水平抗力系数的分析发现：桩径对桩顶水平位移的影响较大,对桩身弯矩的影响较小;而土体水平抗力系数对水平位移和弯矩都有较大的影响。此外,对具有相同有效截面积实心桩和管桩的水平抗力性进行比较,结果表明,相同条件下,管桩的水平抗力效果较好。     

坑外偏压荷载作用下既有深基坑支护结构性状分析

针对既有深基坑坑外通常存在临时堆载的情况,依托某建筑物地下室深基坑工程,运用ABAQUS有限元数值建模并结合实测数据,分析了坑外偏压荷载大小、荷载位置及荷载分布宽度对既有深基坑支护结构受力和变形的影响。研究结果表明:坑外偏压荷载大小不同情况下基坑两侧支护结构水平位移和弯矩差异较大,左侧(有荷载侧)桩体的水平位移大于右侧(无荷载侧),并且右侧桩体会发生逆向位移;左侧桩体最大弯矩随着荷载的增大而增加,右侧桩体最大弯矩呈减小的趋势;荷载位置对左侧桩体影响较大,而对右侧桩体影响较小,并且坑外荷载距基坑越远对既有深基坑支护结构影响越小;左侧桩体水平位移和最大弯矩随着荷载分布宽度增加而逐渐增大,而右侧桩体水平位移在减小且其最大弯矩略有增加;在对深基坑进行设计时,需要考虑坑外荷载的影响。     

低桩承台重力式码头地震响应分析

为探究不同刚度低桩承台结构重力式码头地震响应规律,首先利用ABAQUS建立了某重力式码头的精细化有限元模型,其次改变低桩承台结构的桩数、桩径及混凝土强度等级,来获取不同低桩承台的刚度,最后输入三向空间地震动,以此探究低桩承台重力式码头随低桩承台刚度变化的地震响应规律。分析表明:当桩-承台结构刚度改变时,结构整体水平位移随桩径增大而减小、随混凝土强度增大而增大、随桩数增加而增大;结构峰值加速度随桩数增加而增大、随桩径增大而减小;桩侧动土压力远大于码头后动土压力,桩侧动土压力随桩数增加而增大、随桩径增大而增大、随混凝土强度等级提高而减小。     

风载作用下常地基系数桩柱入土长度研究

平台在各种载荷作用下所产生的水平位移是影响平台正常工作的因素之一 ,而桩柱的入土长度又是影响平台水平位移的主要因素。引入弯矩系数 ,应用连续梁分析理论 ,分析了常地基系数桩柱在风载作用下 ,平台与桩柱交接处的弯矩、水平位移与入土长度之间的关系。结果表明 ,对常地基系数桩柱 ,其入土长度只须等于桩柱入土长度按无限长计算时第一个拐点长度的 3倍 ,更大的入土长度对水平位移的减小量可忽略不计     

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%.     

基坑排桩支护结构选型的技术经济分析

针对某粉土地质条件进行建模,利用弹性地基梁法计算了不同桩间距、桩径、嵌固深度在不同开挖深度等多种组合下的最大水平位移,最大弯矩,最大剪力,以及不同锚杆位置在不同开挖深度下对应的的最大水平位移,最大内侧弯矩、外侧弯矩,最大剪力和锚杆轴力,采用支护结构变形控制标准,通过分析发现其中的规律和技术可行的方案,并进一步结合支护桩常用施工方法与现行定额进行经济分析,寻找经济方案,以提出具有工程指导意义的建议.     

深基坑桩锚支护的数值模拟

对利用FLAC3D进行深基坑数值模拟时经常遇到的一个关键而又常被忽视的结构单元连接问题进行了详细探讨,阐述了结构单元的连接方法、种类与性质,利用结构单元连接理论对某一采用桩锚联合支护的深基坑开挖工程进行了模拟分析,研究了桩的最大水平位移、弯矩、内力以及锚杆轴力、附近建筑物基础底面沉降随施工过程的变化规律。指出桩的最大水平位移并不是发生在桩顶处,而是在基坑开挖到的位置附近;桩的弯矩在整个桩长范围内正负交替出现;桩的受力主要为压力,而且最大值也是出现在基坑开挖到的位置附近;锚杆轴力在端部最大,然后逐渐减小,在尾部几乎为零;附近建筑物基础在靠近基坑一端有被抬升的趋势,而另一端则有下降的趋势。     

盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响

结合某地铁区间隧道盾构施工近距穿越桥梁桩基的复杂条件,选取桥台与桥墩基础影响最大断面,对盾构施工引起地表沉降及桥梁桩基的变形、应力及内力进行三维数值模拟计算。结果表明:①双线隧道盾构推进引起地表最大沉降位于双线隧道中间某处,大于单线隧道引起的地表最大沉降,地表沉降随着两条隧道间距的减小而增加;②右线隧道盾构施工引起B0C0桥台桩基近隧道边桩产生的最大变形与内力均发生在距桩顶13 m处,最大横向挠曲变形、纵向挠曲变形分别为2. 0、4. 8 cm,边桩内力致使桥台桩基超出承载能力,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,严重影响桩基的安全;③双线隧道盾构施工引起B7C7桥墩桩基近隧道边桩桩顶处产生最大位移,最大横向水平位移、纵向水平位移分别为2. 6、5. 2 cm,右侧桥墩桩基承台产生的最大横向水平位移、竖向位移、纵向水平位移分别为3. 2、3. 4、4. 6 cm,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,倾斜值为0. 001 8,接近规范规定的允许值,盾构施工时须引起注意。基于上述分析结果,提出盾构近距推进时的施工监测及施工参数调整的建议。     

深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。