倾斜荷载下基桩的研究现状及发展动态

随着我国高层建筑、大跨径桥梁工程等的高速发展，桩基应用日益广泛。在实际工程中，基桩往往同时承受轴向和横向荷载(倾斜荷载)，故基桩在倾斜荷载下的受力分析日益受到重视，成为目前研究热点之一。本文通过对国内外该领域文献的综合分析，结合作者近20年的研究成果，分别从理论分析和试验研究两个方面详细探讨了倾斜荷载下基桩的受力特点、承载力确定、分析计算方法．以及其研究现状，并指出了该领域今后的研究方向。     

倾斜荷载下基桩的受力研究

在现行“ｍ”法假设高基础上，给出了倾斜荷载作用下柔性桩的内力及位移分析解，并以铝管在少箱内进行了不同倾角的倾斜荷载作用下室内模型桩试验，实验结果表明，理论与实测值吻合良好。     

倾斜荷载下桥梁桩基的计算与试验研究

在“ｍ”法或“ｃ”法基础上,给出了桥梁桩基在倾斜荷载作用下的内力及位移分析解,该解答计算简单,使用方便,可充分利用现有“ｍ”法或“ｃ”法的计算公式及参数图表。室内铝管模型桩试验及国外已有试验资料均表明,理论计算与实测值吻合良好。     

高陡边坡桥梁基桩内力计算的幂级数解

基于施工或外部荷载造成的岩(土)坡体滑动现象,以滑动面为界,对山区高陡边坡桥梁基桩荷载进行合理简化:将桩顶处的上部荷载分解成竖向与横向荷载共同作用,桩后岩质边坡滑坡体推力按抛物线分布,而桩前岩(土)体抗力稳定段呈线性分布,滑动面以下地基比例系数k服从(mz C)的线性增长规律,在此基础上,计入桩顶P--效应的影响,采用矩阵计算方法,得到高陡边坡桥梁基桩内力分析计算的幂级数解。理论解与现场实测数据的对比结果表明,桩身弯矩的相对误差基本在15%以内,且最大弯矩的误差仅为6%,故基桩内力分析的幂级数解合理、可靠,可满足工程设计的需要。     

倾斜荷载与负摩阻共同作用下的桩基承载特性

利用有限元方法模拟现场倾斜荷载试验及现场负摩阻试验,并对倾斜荷载与负摩阻共同作用下的基桩受力特性进行分析.首先,施加竖向荷载;然后,分先后顺序施加水平荷载与产生负摩阻的地面荷载.研究结果表明:地面荷载先于水平荷载施加对基桩承载有利,当地面荷载为竖向荷载的1.3％时,承受倾斜荷载时基桩桩顶水平位移、桩身最大弯矩、桩身最大轴力与未施加地面荷载情况相比,分别减小35.1％,22.2％和5.6％;当地面荷载后于水平荷载施加时,基桩的水平承载特性与仅受水平荷载时的相比无明显区别;桩侧负摩阻力略增大.     

m 法求解桩身内力与变形的幂级数解

针对桩在桩端弯矩和水平力共同作用下桩土共同工作时，用ｍ法求解无法得出解析解，而用有限元法和差分法给出的解不尽人意的具体问题，用幂级数法求解了ｍ法的微分方程，推出了桩的内力及变形的具体计算式，并编制了计算程序．     

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...     

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.     

基于能量法的基桩变形P-Δ效应模拟分析

复杂荷载下基桩受力分析是桩基设计计算重要内容之一.引入能量原理,针对基桩荷载倾斜与偏心的特殊情况,并考虑土体的成层特性,建立了三维基桩-土体系统能量控制微分方程.在此基础上,结合不同边界条件及桩土位移条件,基于有限差分方式得出了倾斜偏心荷载下基桩位移的半解析解答,该解答可充分考虑轴向与横向荷载共同作用对基桩变形的P-Δ放大效应.而后,开展了倾斜偏心荷载下单桩的室内模型加载验证试验.对比结果表明,本文理论解答与试验测试结果吻合较好,较好地模拟了组合荷载下基桩变形P-Δ放大效应.最后,对影响基桩P-Δ放大效应的主要因素进行了分析,结果表明,轴、横向荷载相对大小、桩顶自由段长度、桩身刚度及浅层地基土刚度等都对P-Δ放大效应有较大影响.     

改进的Winkler地基桩土相互作用模型

传统的Winkler地基只能考虑地基中的正应力的作用,忽略了地基中剪应力的作用.本文通过修正常规的Winkler地基,考虑地基中的剪应力作用,通过半无限弹性体中的Mindlin解获得与侧摩阻力相对应的基床系数.基于改进的文克勒地基,模拟桩顶受倾斜荷载的桩土相互作用.考虑p-Δ效应与桩土界面的位移协调关系,通过对典型单元体的分析,推导了桩的挠曲线微分方程.采用差分法,利用matlab软件编制程求解,通过与已知的文献对比,论证了本方法的正确性.     

承压螺旋桩斜向荷载试验与极限荷载判定分析

桩基础所受外载荷并不是单一方向的载荷,如输电塔结构,在承受竖向压力的同时承受着水平载荷作用,导致基桩受到斜向压荷载作用,该种条件的桩基础极限载荷的确定对结构设计的安全性极为重要.为此,开展承压螺旋桩基础斜向荷载的试验研究工作.模型试验采用1#(叶片距宽比为3.14)和2#(叶片距宽比为5)2种桩型,1#桩型试验5次,2#桩型试验4次,2组共计9次试验.承压螺旋桩斜向荷载试验表明:①本次试验桩顶水平位移较竖向位移大了1个数量级,螺旋桩基础的竖向承载能力并未得到充分发挥,竖向分量限制了背载侧叶片对地基向上的压缩作用,从而提高了基础抗水平载荷的能力.②叶片间距增大时(1#<2#),荷载-位移曲线表现出更为明显的非线性特征,1#和2#桩受载侧地基表面均出现放射性裂纹;1#桩背载侧地基表面沿桩体外径开裂,2#桩的背载侧出现似拔出体.③可采用F-ΔX0/ΔF方法、S-LogP方法,并根据荷载量变化、桩土相互作用和桩周材料的变形阶段确定螺旋桩基础的斜向极限载荷;本次试验1#桩的判定极限荷载为327.93 N,2#桩为348.06 N.     

对称荷载作用下弹性地基梁的傅里叶级数解

考虑地层位移荷载及梁与地基可能产生的脱空,针对长度在沉降槽内和长度延伸到沉降槽外的2种梁建立了弹性地基梁对称问题的数学模型.利用阶梯函数及脉冲函数,在所建数学模型基础上推导了求解弹性地基梁挠度的傅里叶级数系数的线性方程组,提出了计算方程组中脱空范围这一多余未知量的迭代步骤,利用有限元数值解对傅里叶级数解进行了验证.结果表明,傅里叶级数解精度高,可以作为带有脱空弹性地基梁问题的解析解,要达到相同的精度,傅里叶级数解的计算量远比有限元解的计算量小.此外,脱空范围的大小,不随级数项数的多寡而改变.傅里叶级数解法不但精度高,而且能够灵活处理不同形式的荷载,是求解复杂荷载条件下弹性地基梁问题的有效解析方法.     

常微分方程幂级数解法的Mathematica实现

研究了幂级数解法Mathematica软件的实现问题,给出了一般二阶线性微分方程幂级数求解易于执行的软件包和语句组.这在微分方程教学中,对培养学生数学实验能力具有一定帮助.     

动载作用下群桩桩顶的荷载分布

采用动力文克尔地基梁模型计算单桩的动力阻抗 ,利用动力相互作用因子来考虑桩 -土动力相互作用 ,在此基础上导出计算群桩桩顶内力的方程 .通过算例说明动荷载作用下群桩桩顶的荷载分布特点     

下卧倾斜硬层对非均布荷载下地基沉降的影响

从沉降计算的弹性理论出发,结合有限元数值分析,以地基表面到下卧硬层的深度与基础宽度之比(深宽比)和下卧硬层倾斜角(假设硬层倾向在所取分析截面内)为变量,探讨了下卧倾斜硬层对非均布荷载下地基沉降的影响。以数值计算结果为根据,得到不同形式荷载作用下的沉降(差)影响系数,并绘出图表以辅助工程实际应用,同时就计算参数对沉降的影响、最大沉降点位置随深宽比和倾斜角的变化而偏移的现象进行了参数分析。最后,给出具体应用示例,验证了该方法的可行性.     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩帽效应分析

在分析路堤荷载作用下刚性桩复合地基中桩帽效应的基础上,通过理论分析、有限元计算、室内模型试验以及现场测试等方法,研究了桩帽以及桩帽尺寸的大小,对刚性桩复合地基中桩土分担比、加筋垫层的应力以及整体沉降特性等的影响.研究表明:桩帽的存在增加了桩顶与垫层之间的接触面积,起到均化桩顶集中力、减小桩顶向垫层刺入量的作用,使带帽刚性桩复合地基控制沉降的能力远好于不带帽刚性桩复合地基;桩帽尺寸逐渐增大,桩间土的应力明显减小,Q-S曲线由"陡降型"向"缓变形"转变,有助于带帽刚性桩复合地基整体承载力的发挥,从而提高了刚性桩复合地基的利用效率.     

基于时间序列对电力系统短期负荷的预测

针对电力系统短期负荷的预测,建立了多元回归和时间序列预测模型,分析了最高温度、最低温度、平均温度、相对湿度、降雨量分别对日最高负荷、日最低负荷、日平均负荷的影响程度,以及预测出短期负荷,应用MATLAB、SPSS进行求解,研究得出:最高温度对日最高负荷、日最低负荷、日平均负荷的影响程度最大,且预测值与实际值的相对误差在允许误差范围内,模型可靠性较高。     

自平衡试桩结果的解析转换法

提出了一种自平衡试桩结果转化成传统静载试验曲线的解析法．假定桩侧土符合双折线模型、桩端土符合三折线模型，采用荷载传递法分别推导了自平衡试桩上、下段桩的荷载-沉降的解析解．通过对上、下段桩的实测荷载-沉降曲线的拟合，得到抗剪刚度系数和抗压刚度系数等计算参数，再利用解析解将自平衡试桩结果转换成传统静载荷试验曲线即解析转换法．该方法的转换结果与实测桩载荷曲线以及荷载传递位移协调法的转换结果比较，吻合较好，具有较高的精度；相比其他转换方法，该方法具有理论完整、不需实测传递函数、简单实用等优点．