考虑荷载P-Δ效应的陡坡段桥梁基桩变形计算

位于陡坡段的基桩由于有较长的自由段以及临空面土体抗力的缺失,变形具有明显的P-Δ放大效应.引入变分原理,考虑陡坡段基桩承载的复杂性,假定土体位移是沿基桩径向的非线性衰减模式,建立了陡坡段三维基桩-土体系统总能量控制微分方程.在此基础上,结合不同边界条件及桩土位移协调条件,得出了复杂承载情况下陡坡段基桩变形的半解析差分解...     

计入剪切变形的基桩屈曲稳定分析

根据目标不同,建立2个基桩屈曲稳定分析方程.给出计入水平力剪切变形和P-Δ效应的柱单元刚度矩阵,并以此运用有限元一般原理,给出计入剪切变形影响的基桩稳定性分析方法步骤.以计入剪切变形和P-Δ效应的柱单元模拟基桩工作,并考虑桩侧土特性、桩顶桩端边界条件等因素影响,通过自编Matlab有限元程序进行基桩稳定案例分析.分析结果表明,基桩自身剪切变形对基桩屈曲影响较小,埋深较大时桩端边界条件对基桩屈曲稳定性影响极小,均可忽略,而桩顶边界条件和地基系数则对基桩稳定性影响显著.     

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.     

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.     

考虑P-Δ效应的陡坡段桥梁双桩结构受力分析

深入分析了陡坡段桥梁桩基受力的P-Δ效应形成机理.依据土压力理论与弹性地基梁理论,通过对坡体剩余下滑力和土体抗力的合理简化,建立了陡坡段桥梁双桩结构体系的桩土相互作用模型.在此基础上,导出不同特征桩段微分方程的幂级数解答,从而提出了一种可考虑P-Δ效应的陡坡段桥梁桩基受力计算方法.与文献算例对比分析表明了该方法的合理性.最后,对双桩结构内力与位移的影响因素及其敏感性进行了探讨,结果表明:前桩P-Δ效应的影响不容忽视,当桩顶荷载水平及地基抗力比例系数相同时,后桩桩身最大弯矩比前桩大,且最大弯矩作用面均位于边坡滑动面附近,陡坡上的桥梁桩基同样具有嵌固深度效应.     

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。     

边坡段水平受荷桩桩前土抗力折减效应的模型试验研究

为解决由于边坡存在造成的土抗力折减问题,开展了黏性土中平地及不同边坡条件下的基桩水平加载室内模型对比试验.试验结果表明,两种工况下水平受荷桩的荷载变形曲线及内力变化规律基本一致,但位于坡体上的基桩的承载能力明显折减,而该折减效应与边坡角度及桩位于边坡的位置紧密相关.进一步量化分析了土抗力折减效应的影响因素,提出了折减效应与桩位于边坡的位置和边坡角度的定量关系.在此基础上,通过对坡体上极限土抗力和初始刚度的合理修正,建立了可考虑边坡处土抗力折减效应的水平受荷桩的p-y曲线计算公式.理论计算值与已有的试验结果的对比表明两者吻合较好.     

复合地层盾构穿越构筑物群扰动规律及桩基隔断效应分析

依托某盾构穿越工程，建立了盾构同时穿越桩基和多条隧道的数值模型并进行了验证。总结了盾构穿越诱发的地表沉降、既有隧道收敛和桩基变形规律，探明了既有桩基对扰动传递的隔断效应，并通过土体应力路径分析揭示了 桩?土?隧相互作用机制。结果表明：桩基的存在减小了隧道施工引起的地表沉降和沉降槽宽度，改变了既有隧道的变形模式，对扰动传递具有明显的隔断效应；受既有隧道和盾构施工的双重影响，两者间桩基承台的横向倾斜出现多个变形阶段，桩身上部出现较大的横向位移，而桩底位移较小；桩基、隧道和土体的刚度差异是桩?土?隧间复杂相互作用的根本原因。     

基桩屈曲问题的大挠度摄动解

基于温克尔地基模型,采用能量法建立了两端铰支完全入土桩的大挠度微分方程.假设其挠曲函数及桩头荷载为摄动参数的幂级数展开式,采用二次摄动方法将非线性大挠度微分方程化为一系列线性摄动方程求解.在求得大挠度渐近解的基础上,通过摄动参数转换,得到以桩身挠度为摄动参数的后屈曲平衡路径高阶渐近解.最后,利用本文解答分析了桩长、地基土弹簧刚度、桩身抗弯刚度等因素对基桩临界荷载值及其后屈曲平衡路径的影响.结果表明,基桩屈曲临界荷载随桩土刚度比增大而提高,且较小的桩土刚度比对后屈曲平衡路径的稳定较为有利.     

切方边坡悬臂桩土拱效应形成与失效机制数值模拟

为了分析切方边坡悬臂桩受力特征,运用二维颗粒流方法建立了相应的数值模型,研究了桩间土拱形成的过程及其破坏机制。依据桩后土体的荷载-位移曲线和变形特征,揭示了桩后土拱形成过程的3个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。研究结果表明:抗滑桩土拱的形成机制主要依赖于土体微元的荷载传递过程;土拱效应的形成过程受桩土相对位移的控制,且受桩间距的影响较大,而受土体参数的影响较小;抗滑桩土拱效应失效过程的数值模拟显示,土拱失效过程可分为3个阶段,且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。土体强度和桩间距对桩后土体的荷载-位移曲线影响都较为显著。桩距相同时,随着土体强度的提高,桩后土体的极限荷载也越高,但对应的桩土相对位移量却较接近,同时软弱土体土拱效应的失效以"绕流"模式为主,而强度较高土体的土拱效应失效以"滑塌"模式为主;抗滑桩间距越小,桩后土体的峰值土压力越高,所对应的桩土相对位移越大。     

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。     

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.     

高陡斜坡上桥梁桩基受力特性及影响因素分析

高陡斜坡上的桥梁桩基,除了承受上部结构荷载外,还将承受山体变形产生的剩余下滑力和桩周岩土体抗力。首先,将上部结构作用简化为桩顶竖向荷载、水平荷载以及偏心弯矩,基于Winkler弹性地基梁理论,建立考虑桩-土-坡相互作用的简化受力模型。进而导出高陡斜坡上桥梁桩基各特征桩段的平衡微分方程,并采用幂级数法对其进行求解,计算结果与文献值吻合较好,说明了幂级数解答的合理性。在此基础上,分析3个主要因素对桩基内力与变形的影响。结果表明:桩顶水平荷载对基桩的力学性能影响较大,高陡斜坡上桥梁桩基的陡坡效应不容忽视,选择合理的桩基直径以及采取可靠的边坡防护措施均能提高基桩抵抗弯矩和变形的能力,这些结论均可为实际工程设计提供参考。     

正断层作用下高承台群桩基础的破坏机制数值模拟

基于FLAC^3D有限差分软件,模拟正断层错动下高承台群桩基础的破坏过程,分析上覆砂土和群桩的相互作用,对比相同条件下1×3群桩和3×3群桩破坏机制的差异.计算结果表明:正断层错动作用下,1×3群桩的存在对土体破裂带的扩展影响较小,土体剪切带仍保持80°倾角向上发展,在地表形成一条陡降带,而3×3群桩则明显改变破裂带的发展轨迹,使得土体剪切带在中间基桩的桩端位置发生分叉,在地表形成两条陡降带;正断层错动使得群桩向上盘一侧倾斜,1×3群桩和3×3群桩的承台位移和倾斜没有明显差异,其数值计算结果和理论计算结果保持一致;基岩错动使得基桩间承担的竖向荷载发生重分布,中间基桩受拉,竖向荷载向两侧基桩转移;随着基岩错动量的增加,1×3群桩和3×3群桩具有相同的轴力和弯矩发展规律.     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

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...     

基于能量法的陡坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析

考虑桩后坡体剩余下滑力的分布规律,以及桩前岩土体水平地基抗力弱化效应对基桩稳定性的影响,建立陡坡段桥梁基桩屈曲稳定分析计算模型。通过建立桩土体系的总势能方程,并运用能量法导得陡坡段桥梁基桩屈曲临界荷载和稳定计算长度解答。以实际工程基桩为例对影响基桩屈曲稳定性的桩身弹性模量、桩径、嵌固深度等因素进行参数分析。研究结果表明:本文计算结果与已有模型试验结果吻合较好,表明本文解答合理。基桩的埋入比、临界长径比及临界嵌固深度对其屈曲稳定性具有显著影响。     

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%.     

计入桩侧摩阻力非线性特性的基桩承载力分析方法

讨论了桩侧摩阻力发挥特征,以双曲线模型建立基桩荷载传递基本微分方程,并导得了可考虑桩土相互作用及土体分层性质的幂级数解.利用本文解答对某大桥试桩资料进行了数据拟合与计算分析,结果表明,双曲线拟合相关系数均在0.96以上,且用本文解答得到的基桩轴力计算值与实测结果吻合较好.该方法参数拟合简便,计算精度较高,可用于工程实践.     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.