考虑打桩反弹的组合锤头冲击过程的动态特性分析

针对打桩过程中桩体容易损坏的现象,提出一种在锤体内腔填充质量块的组合锤头打桩的新型锤击模型。运用键合图理论对锤击系统建模,为模拟打桩反弹时各质量块与垫层接触、分离的非线性特性,引入开关类量的键合图元件功率结型结构(SPJ),采用集中参数搭建锤击系统的键合图模型,据此建立可统一表达系统所有运动状态的数学模型。利用量纲一分析法推导锤击力的数值解,并基于Matlab软件仿真分析填充质量块和垫层参数对锤击力的影响。通过试验验证该模型的准确性。研究结果表明:采用组合锤头时,锤击力波形出现2个峰值,且峰值减小,这不仅可以保护桩体,而且可提高能量传递效率;各参数中,填充质量块和锤垫对锤击性能的影响最大,砧坐垫的影响次之,桩垫的影响最小。该模型可用于锤击系统的参数优化研究及动态特性分析。     

垫层对基桩高应变动测锤击效果的仿真分析

为确定基桩极限承载能力和桩顶受锤冲击产生应力波引起桩身应力变化可能对基桩的完整性造成的危害,针对桩锤、垫层、桩与土组成的锤击系统,利用ABAQUS软件建立有限元模型,模拟整个锤击过程并进行动态分析.将模拟数据与现场实测结果进行对比,证明模拟的正确性,该数值模型可用来研究垫层材料参数对锤击力的影响.结果表明:使用垫层可以有效减小锤击产生的应力,改变垫层刚度较改变垫层厚度对锤击应力的影响更大.     

层状土中单个管桩的竖向振动特性

将桩周土和桩芯土模拟为连续分布的弹簧和阻尼器,通过求解土层的竖向振动得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数.在考虑土体分层特性的基础上运用传递矩阵法建立了管桩桩顶与桩底位移和轴力的关系,通过考虑桩端边界条件得到了层状土中单个管桩桩顶的竖向复刚度.借助数值算例研究了管桩壁厚、桩土模量比、桩芯土与桩芯土剪切模量比、土层厚度和剪切模量等参数对层状土中管桩竖向振动的影响.     

基于地基特性的双作用液压锤沉桩可打入性研究

针对锤击沉桩过程中可打入性难以判断的问题,对双作用液压锤在打桩过程中桩的可打入性判据进行研究。基于双作用液压锤的工作机理以及一维行波理论,推导锤击力方程;基于地基土的地质特性,考虑沉桩过程中桩-土相互作用,得到桩端位移与桩顶荷载迭代模型,推导出桩周阻力方程;根据沉桩机理,提出双作用液压锤锤击沉桩的可打入性判据,并利用Matlab软件对沉桩能力进行数值模拟计算,并进行现场试验。研究结果表明:试验结果与模拟结果中沉桩阻力相对误差为6%~8%,锤芯落差相对误差为4%~8%,表明本文数值模拟方法能很好地预测具体地质条件下液压锤的沉桩能力,计算精度满足工程应用,可为锤-桩-土系统的匹配提供依据。     

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.     

端承桩与土纵向耦合振动时桩顶响应解析研究

通过建立和求解定解问题,对粘弹性土层中端承桩与土的耦合振动问题进行了解析理论研究.求解中利用拉普拉斯变换,对在严格考虑桩土纵向耦合振动条件下的、在任意激振力作用下的端承桩桩顶频域及时域响应进行了解析求解.推导求得了桩顶位移、速度频域响应、桩顶复阻抗的解析表达和桩顶时域响应半解析表达,并通过土层参数影响分析,探讨了桩顶复阻抗的变化特性,并得到相应结论.     

特大型组合式高应变动力试桩重锤

提出组合式重锤的概念,建立锤体受力模型及重锤-桩-岩土冲击响应问题的正演分析模型与算法;研究组合式重锤的适用性和安全性,以及高应变动力试桩中各桩土参数与试验结果影响关系.研究结果表明:锤体冲击过程中基本不受拉力,符合试验要求;特大型组合式基桩高应变动力试桩重锤应用于灌注桩承载力检测是可行的;锤重、落距、桩径、桩长、土阻力分布、桩侧及桩端土弹限、锤垫刚度和力脉冲宽度等因素对检测承载力均有较大影响.     

基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动特性分析

为了分析饱和土中浮承桩纵向振动特性,基于Biot理论提出了一种桩底饱和虚土桩模型.采用Novak薄层法计算得出饱和土体位移解,利用饱和土-桩-饱和虚土桩完全耦合条件,推导出桩顶纵向振动动力阻抗解析解,并对饱和土中浮承桩纵向振动特性进行参数化分析.计算结果表明,当桩底饱和土层厚度为4和6 m时,桩顶动力阻抗函数曲线呈现出大、小峰值交替现象,这与单相虚土桩模型的计算结果差异较大,且桩周和桩底饱和土体孔隙率对桩顶动力阻抗曲线的影响不可忽视.当桩底土饱和性显著且排水性较差时,桩底土单相虚土桩模型会引起较大误差,宜采用饱和虚土桩模型和所得相关解析解答分析浮承桩纵向振动特性.     

Timoshenko梁模型下完整桩瞬态横向振动半解析解

文章采用Timoshenko梁模型下桩-土系统横向振动的动力学模型和数学模型,通过Laplace变换,得到桩顶横向振动速度在频域内的解析解,进行快速Fourier逆变换,得到桩顶速度时域内的表达式;根据试验桩参数绘制出速度导纳曲线及桩顶速度曲线,分析Bernoulli-Euler梁模型和Timoshenko梁模型的速度导纳曲线的特点,对比2种模型桩的理论速度曲线与试验桩实测速度曲线的差异;分析不同参数对桩顶横向动力响应的影响。结果表明,Timoshenko梁模型的结果比Bernoulli-Euler梁模型更接近于工程实际中低应变横向测桩的结果,所得半解析解结果能在频域内进行分析,具有很好的适应性和准确性。     

考虑横向惯性下填砂竹节管桩纵向振动特性

为研究填砂竹节管桩这一新型复合桩基的纵向振动特性,基于复刚度传递理论,采用多圈层平面应变模型模拟桩周介质的双向非均匀性,在考虑横向惯性效应和桩身阻尼的情况下,结合拉式变换及其逆变换求得桩顶阻抗解析解及桩顶速度时域响应半解析解,并利用已有解验证了本文所得解的合理性.经参数影响分析发现,桩周填砂层性质对复合桩基的动刚度和动阻尼影响较大.所建模型和所得结论为闭口填砂竹节管桩的设计施工及低应变检测提供了理论依据.     

Study on pile drivability with one dimensional wave propagation theory

Pile drivability is a key problem during the stage of design and construction installation of pile foundations. The solution to the one dimensional wave equation was used to determine the impact force at the top of a concrete pile for a given ram mass, cushion stiffness, and pile impedance. The kinematic equation of pile toe was established and solved based on wave equation theory. The movements of the pile top and pile toe were presented, which clearly showed the dynamic displacement, including rebound and penetration of pile top and toe. A parametric study was made with a full range of practical values of ram weight, cushion stiffness, dropheight, and pile impedance. Suggestions for optimizing the parameters were also presented. Comparisons between the results obtained by the present solution and in-situ measurements indicated the reliability and validity of the method.     

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.     

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.     

基于微粒群算法的膜片弹簧优化设计

通过对膜片弹簧优化设计目标的分析,选用在摩擦片磨损极限范围内,弹簧压紧力变化的平均值最小及驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力的平均值最小为共同优化目标,建立数学模型,应用此模型,采用微粒群算法对某轿车离合器膜片弹簧进行优化设计.结果表明,采用微粒群算法优化后得到的膜片弹簧参数值明显优于原有2种设计方案的数值.膜片弹簧优化设计过程中,微粒群算法能够得到更好的优化结果且算法收敛速度较快.     

桥梁高桩承台体系推倒分析侧向力分布模式

介绍了几种常见的侧向力分布模式,并针对高桩承台体系的等效固结模型,通过改变承台质量,对几种分布模式的推倒分析曲线与非线性时程分析结果进行了比较.发现承台质量较大时,上述模式均低估了承台的惯性力作用,并且时程分析得到的体系抵抗不同地震波的能力差异较大,而上述模式对应的能力曲线却没有体现出这种不同.考虑到高桩承台体系承台惯性力较大的特点,借鉴墩顶集中力分布模式,提出了双集中力分布模式.以一飘浮体系斜拉桥的高桩承台模型为例,进行常见模式以及新模式下纵桥向的推倒分析,并将推倒分析曲线与非线性时程分析的结果进行了比较,发现新模式的结果与时程分析的结果吻合得较好.     

高层建筑长短桩复合地基性状有限元分析

通过由长短桩复合地基处理高层建筑软弱地基的工程实例,利用有限元法分析了不同的上部结构刚度、长桩长度、长桩置换率、短桩置换率对长短桩复合地基的平均沉降、差异沉降、桩土应力比、桩土荷载分担比所产生的影响及规律。结果表明:上部结构刚度的变化对复合地基性状的影响是有限的;长桩长度在控制平均沉降,改变地基承载力和改善桩顶应力集中方面影响显著;长桩置换率存在一定的合理取值范围;短桩置换率的变化对桩土应力变形影响不大。分析结果能为长短桩复合地基进一步优化设计提供参考。     

多元复合地基沉降计算方法探讨

以Winkler分布弹簧模拟垫层的作用,考虑垫层、桩和土之间的相互作用;并以Geddes解和Boussinesq解为依据,求出了在单位荷载下网格单元顶部的沉降,即单元的柔度系数;运用弹性理论叠加原理,建立了包括桩顶沉降、土顶沉降及其对应荷载的线性方程组.求解该方程可以进一步求出多元复合地基中主桩、次桩对土的桩土应力比和主桩、次桩及土的荷载分担比.通过工程实例进行分析,表明本文方法的计算结果和现场实测结果符合很好.     

基于DUNCAN-CHANG模型的刚性桩复合地基沉降变形分析

为研究影响刚性桩复合地基沉降的影响因素,对刚性桩复合地基进行室内压缩试验,基于DUNCAN-CHANG模型利用有限元软件对不同桩长、不同桩径、不同褥垫层厚度和不同桩数(相同置换率)等影响刚性桩复合地基沉降的主要影响因素进行数值模拟.结果表明:随着桩长和桩径的增加,刚性桩复合地基沉降减小,控制桩长比控制桩径对刚性桩复合地...     

CFG桩复合地基褥垫层效用的三维有限元分析

水利工程中常采用CFG桩复合地基以提高水闸地基的承载力。由于上下游存在水位差,褥垫层材料常采用水泥土或黏性土代替散粒体材料。利用大型通用有限元软件ABAQUS,建立单桩复合地基三维有限元模型,分析了不同褥垫层材料、不同桩体模量及不同桩长对桩土应力比和桩土沉降的影响。为CFG桩复合地基褥垫层材料的选择、桩长及桩体模量的设置提供了依据,有利于复合地基的优化设计。     

考虑地震效应的阻滑桩加固土坡简化分析方法

利用拟静力概念,将塑性极限分析运动学定理与抗剪强度折减技术相结合,建立地震条件下土坡的极限平衡状态方程,以此确定土坡的屈服加速度系数与临界安全系数及相应的潜在破坏模式;进而对于在给定的荷载条件下不能满足抗震稳定性要求的土坡,考虑采用阻滑桩加固方式,根据桩侧有效土压力的合理分布模式导出极限平衡状态时桩侧抗力的解析式,以此进行土坡加固中阻滑桩的简化设计.通过一定的变动参数计算与对比分析,探讨了水平地震加速度系数对阻滑桩侧向极限抗力与最优加固位置的影响.研究表明:考虑地震效应的阻滑桩最优加固位置处于边坡坡脚处,因为较小的加固力就能使边坡达到设计的安全系数值;地震加速度系数对阻滑桩所需提供的加固力有明显影响,且地震加速度系数越高则影响越显著.