温度荷载影响下能源桩受力特性分析

能源桩作为一种新型桩基础形式,通过将换热管材埋于桩中与周围岩土体进行热交换,其承载特性受温度-荷载共同作用而不同于常规桩。有限的现场原位试验测试数据不足以全面的反应能源桩在不同约束条件下的承载性能;因此高效而准确的数值模拟方法的应用,将为能源桩受力特性的分析带来极大的便利。基于理想弹塑性桩-土荷载传递准则,应用数值模拟的方式对能源桩受力特性进行了分析;通过改变桩顶及桩端约束、桩周土体强度、上部结构荷载情况,调查了能源桩在温度荷载作用下的轴向应力,桩侧摩阻力及桩-土相对滑动位移等的变化,以期加深对能源桩受力特性规律的认识。     

地下连续墙-桩组合基础的水平承载性能

地下连续墙-桩组合基础是将地下连续墙与桩基础结合的一种新型变刚度基础形式。从设计理念上讲,地下连续墙-桩组合基础具有较好的抵抗侧向变形的能力且兼具经济型,然而目前还缺乏从受力特性角度对该新型基础形式的受力机理进行系统的研究。基于开展的大比尺现场模型试验真实模拟新型组合基础在水平荷载下的受力,将试验和数值模拟结果对比得出基础的荷载与位移的变化规律。通过分析不同等级荷载下组合基础的变形特性,揭示基础的荷载传递规律,并对桩墙组合基础的水平承载力进行了初步近似计算。结果表明：水平荷载作用下组合基础出现整体倾斜破坏;墙身弯矩远大于桩身弯矩,桩墙弯矩随加载等级的递增而逐渐增大,且弯矩最大处位置与弯矩峰值位置不变;随埋深、荷载的增加,墙侧土压力呈现非线性变化,地连墙边侧土压力大于中间土压力,并且最大土压力出现在连续墙中下部。     

能源桩热-力半耦合弹性理论分析方法

能源桩集地源热泵换热管路于建筑桩基内并实现浅层地热能的利用,是受热-力耦合作用的新型桩基技术,但现有的理论分析方法未能全面揭示温度-荷载耦合对能源桩承载性状的影响。基于摩擦型单桩弹性有限元模型,本文将桩身温度变化引起的附加温度应力简化为桩身内力,并叠加桩顶荷载作用的轴向应力开展桩单元受力平衡分析,结合桩顶约束条件,建立了能源桩热-力半耦合弹性有限元模型。通过对比能源桩现场实测数据和已有的能源桩理论分析结果表明:本文能源桩弹性理论方法能较好地反映热-力半耦合作用下能源桩的承载性能和荷载传递规律。     

砂土中斜桩单桩水平承载与变形特性数值分析

为了研究砂土中各方向水平荷载作用下斜桩单桩的变形及承载特性,基于数值模拟探究正、负斜桩在水平荷载作用下桩周土的位移区范围、桩?土接触应力及桩身位移、剪力和弯矩分布,并进一步分析水平斜交荷载作用下斜桩单桩的承载力,给出不同倾斜角度、斜交角度时斜桩水平承载比预测经验公式.研究结果表明:在相同水平荷载作用下,负斜桩的桩周土塑...     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,结果表明：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B₄点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,...     

热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法及工作特性研究

能量桩在正常服役过程受热-力耦合作用,其荷载传递特征将发生改变,但现有能量桩承载特性的理论方法尚不够完善.为研究热-力耦合作用下能量桩单桩承载特性,考虑温度对荷载传递函数的影响,提出基于荷载传递法和能量平衡原理的热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法,通过迭代求解得到任意荷载-温度组合作用下桩身内力和位移,将计算结果与试验结果进行对比,结果较吻合.研究结果表明：温度作用会影响桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律.对不同桩顶荷载水平下的桩顶沉降值进行分析,在荷载-升温/降温工况下,当桩顶荷载水平较低时（≤25%Pu,Pu为极限荷载）,温度变化对桩顶沉降幅度影响显著,桩顶沉降幅度可达到55%（25%Pu）;尤其荷载-降温工况下,当桩顶荷载水平超过75%Pu时,桩顶沉降量临近极限值,此时需特别注意桩基承载性能.     

深厚软土地基细长PHC管桩水平荷载试验研究

通过珠海保税区深厚软土地基中两根细长PHC管桩的水平荷载试验,分析了深厚软土地基中PHC管桩在水平荷载作用下的受力特点.试验结果表明:细长PHC管桩能够抵抗水平荷载的作用;弹性长桩的下端可以看成嵌固于土中而不能转动,由逐渐发展的桩截面抗矩和土抗力来承担逐渐增大的水平荷载;弹性长桩的受力性质主要受上部土层的影响.根据试验结果计算出来的水平地基抗力比例系数m的值对该类工程地质的桩基设计具有一定的参考价值.文中还采用通用有限元软件ABAQUS对PHC管桩的水平承载特性进行了模拟,计算结果能满足精度要求.     

纵横向荷载作用下PHC管桩的有限元分析

为研究纵横向荷载作用下PHC管桩的承载性能,通过经试验验证的有限元模型,考虑了地应力和桩土接触的影响,通过变换土体的参数、桩头自由长度、桩端土特性等影响管桩承载力的因素,对竖向和水平荷载共同作用下管桩的受力特性进行了分析.竖向荷载的作用能提高管桩的水平承载能力.同时,还分析了水平荷载对管桩竖向沉降的影响.在竖向荷载较小...     

群桩竖向荷载-沉降特性影响因素的数值分析

在采用三维数值模拟法对一群桩试验模型进行分析对比基础上,建立了与实际工程中相近的低承台群桩模型,用数值模拟手段揭示了在上部荷载作用下群桩的荷载-沉降特性,并对群桩基础荷载-沉降曲线的影响因素分别进行了分析与探讨.结果表明:桩长(长细比)、桩距(距径比)、桩土剪切弹簧刚度、桩端土刚度、承台刚度及其设置方式对群桩荷载-沉降曲线影响较大,而桩身刚度的影响不明显.     

海洋高桩水平承载特性模型试验及有限元分析

开展了水平荷载作用下高桩基础的1 g条件下大比例模型试验研究。根据桩身变形和地基土抗力的测试结果,分析了桩基水平承载特性,研究了水平荷载作用下大直径桩基的桩土共同工作性状。采用PLAXIS 3D岩土有限元软件对高桩水平承载特性进行数值模拟。计算结果与试验结果符合较好,并进一步研究了高桩的水平承载特性的主要影响因素。结果表明:土体弹性模量、内摩擦角和黏聚力对土体水平承载力有较大影响。增大桩基的埋深和桩径可以提高桩基的水平承载力,但有极限性。     

复杂荷载下斜坡上单桩水平承载特性研究

随着国家基础设施的不断完善,在实际工程中,建筑物桩基需要建立在倾斜的斜坡上,位于斜坡上的桩基的承载特性与平地上桩基的承载特性有明显的差别.利用自行研制的试验装置,采用粉土作为斜坡上的土体模型,进行了室内水平静载模型试验,得出斜坡上桩基在复杂荷载作用下的承载特性规律.运用ABAQUS有限元分析软件对斜坡上桩的承载特性进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好,并进一步探讨了斜坡桩的桩承载因素的影响分析.研究结果表明:在水平推力较大时,桩顶位移随荷载呈现非线性变化,说明桩-土作用体系符合非线性模型规律;临坡距对桩身承载特性有一定的影响,斜坡上桩身距离坡顶越远,桩所受到的土体被动区土抗力越小,桩顶水平位移和桩身弯矩越小,在桩长和桩径不变的情况下,把桩设置在临近坡脚位置时可提高桩身的水平承载能力;增大桩周土体模量可以提高桩周土体对桩的嵌固作用,有效减小桩顶侧移和桩身最大弯矩.     

超长摩擦桩承载性状的有限元法

基于三维有限元法,探讨了超长摩擦桩的数值模拟方法,分析了桩土界面单元、地基土单元模型参数对数值计算结果的影响.计算分析结果表明,桩周薄单元和地基土单元的模型参数对超长摩擦桩承载性状的影响很大,若均采用邓肯-张E-ν模型,抗剪强度指标、密度对桩顶极限荷载影响显著,而模量参数主要影响荷载-沉降曲线的斜率及极限荷载时的桩顶沉降量.     

土-基础-高层框架结构振动台试验及有限元分析

文章基于分层土-支盘桩-高层框架结构相互作用体系的振动台试验,对结构在地震作用下的动力特性与反应进行分析;应用SAP2000分析程序对模型结构进行动力计算,将试验和数值模拟2种结果进行比较,验证数值模拟的可行性;通过软件分析获取结构在地震荷载的作用下,上部结构中梁、柱、板的内力反应,并对结构纵横双向不等跨的不同反应作出对比,找出结构的薄弱部位,对框架结构的设计提出若干建议。     

基于指数模型的能源桩热-力耦合荷载传递法

能源桩技术的推广应用促进了能源桩分析理论的发展,但现有能源桩热-力耦合荷载传递法的研究尚不够完善。基于桩侧-土荷载传递的指数模型,改进了温度效应下能源桩热效应中性面确定条件,在荷载传递分析中叠加温度效应引起的桩身位移,建立了基于指数函数模型的能源桩热-力耦合荷载传递分析方法。结合能源桩的现场测试案例,利用本文方法进行了模拟,验证了本文方法的可行性。计算结果表明:温度效应引起了能源桩的桩身轴力及侧阻力的重分布。     

混凝土龄期弹性模量变化对泵站底板及桩土地基受力特性的影响研究

为了研究施工过程中混凝土龄期弹性模量变化对泵站底板及桩土地基受力特性的影响,首先以变形协调方程为理论基础,阐述了底板施工过程中底板应力重分布规律和混凝土龄期弹性模量变化对桩土地基荷载分担的影响;然后以某桩土复合地基泵站工程为例,利用Midas/GTS NX软件建立了泵站和桩土地基的三维有限元模型,并通过监测数据验证了模型的有效性;最后通过数值模拟的方法分析了施工过程中混凝土龄期弹性模量变化对泵站底板沉降和桩土地基荷载分担比的影响.结果显示：底板施工完成工况下,考虑混凝土龄期弹性模量变化的泵站底板最大沉降和单位面积地基土承担的平均荷载比不考虑混凝土龄期弹性模量变化的泵站底板最大沉降和单位面积地基土承担的平均荷载分别高出了91.53%、16.41%;泵站上部结构施工完成工况下,考虑混凝土龄期弹性模量变化的泵站底板最大沉降和单位面积地基土承担的平均荷载比不考虑混凝土龄期弹性模量变化的泵站底板最大沉降和单位面积地基土承担的平均荷载分别高出了27.81%、15.09%;数值模拟结果表明,混凝土龄期弹性模量变化对泵站底板及桩土地基受力特性均有不同程度的影响.     

基于薄层单元法的单桩挤土效应数值模拟

通常预制桩施工会产生挤土效应, 这会对周围环境产生不利影响. 根据某桩基工程施工的实际情况, 利用大型有限元分析软件Abaqus, 通过在桩土间增加薄层单元的方法对单桩施工的挤土效应进行了数值模拟. 薄层单元的厚度取0.08 m, 其力学性质参数介于桩和土之间. 模拟时, 薄层单元近土侧与土中节点进行位移耦合, 而近桩侧则采用摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)定律来反映桩体和单元之间的接触关系. 通过数值模拟, 探讨了外部荷载作用下抗压桩的变化特点, 得到了桩顶的荷载与桩入土深度的关系曲线, 分析了打入桩施工的有效影响距离和有效影响深度, 对比研究了有限元数值模拟结果与圆孔扩张理论的解析计算结果. 数值模拟结果表明, 单桩施工的水平向有效影响范围大约为5 倍桩径, 竖直向约为2 倍桩长. 数值模拟结果和解析计算结果比较接近. 使用薄层单元法进行打桩挤土效应数值模拟, 符合桩基工程施工的实际情况, 反映了桩土接触面的变形机理与受力状态. 这对桩基工程设计和施工具有一定的参考价值.     

荷载-温度联合作用下地热桩的弹性性状分析

为了揭示温度作用对地热桩承载性能的影响,建立了地热桩有限元数值模型进行分析。通过改变桩侧约束、桩端约束和桩土接触属性来模拟地热桩工作环境对地热桩温度作用效应的影响,得到不同工作环境下地热桩桩身轴力,桩侧摩阻力分布曲线。研究发现:桩侧约束越强,地热桩温度作用效应越显著;桩端约束会改变中性点的位置;桩土接触属性对地热桩温度作用效应影响并不显著。     

高层建筑刚性桩复合地基承载受力性状研究

为研究高层建筑刚性桩复合地基的工作机理和荷载传递特性,在南京某高层建筑刚性桩复合地基工程现场进行了多项复合地基原位载荷试验与应力测试.根据试验数据,对复合地基承载机理、应力分布和变化规律进行了分析与探讨.对四桩复合载荷试验进行了数值模拟,分析结果与实测数据吻合较好.研究结果表明:桩体对桩间土的加固效果随荷载水平增加而提高,桩间土承载力提高系数为1.16,发挥系数为0.88~1.00;桩土应力比随荷载增加而增大,最终稳定于15~17之间;加载过程中,刚性桩的承载力发挥滞后于桩间土,桩侧阻力的发挥早于桩端.基于试验和数值模拟的结果,提出承载力取值标准的建议,可供同类工程设计和研究参考.     

碎石桩单桩受荷模型试验的离散单元法数值模拟

为了克服连续介质模型无法有效反映碎石散体特性的缺陷,将碎石桩视为凸多边形离散块体集合,桩周软土视为理想弹塑性材料,采用二维离散单元与有限差分耦合数值方法建立了软土地基中碎石桩单桩竖向受荷模型,对碎石桩单桩受荷变形破坏及桩土相互作用全过程进行了模拟,通过荷载-沉降曲线、桩体及土体变形场应力场讨论了碎石桩单桩承载破坏机制.数值模拟结果与室内模型试验实测的荷载-沉降曲线、桩体鼓胀变形吻合良好,验证了本文数值模型的合理性.利用离散单元法建立的碎石桩模型无需复杂的本构模型假设便能较好地反映其鼓胀变形和失稳特性,同时讨论了模型的不足与有待进一步研究的问题.     

波浪荷载作用下风机桩基础与土相互作用分析

采用三维数值分析方法,建立考虑流固耦合的三维桩-土模型;同时考虑波浪作用在桩上的水平荷载和波浪对海床的直接作用,研究2种形式的波浪荷载耦合作用下海上风机桩基础与土相互作用;根据数值模拟结果,研究2种荷载耦合作用下海上风机桩基础的变形与内力分布、桩侧土体超静孔压及桩土界面接触应力的变化规律,探讨不同波浪参数对单桩基础性状的影响,并与只考虑桩受荷时的计算结果进行对比分析。研究结果表明:当考虑波浪对海床的作用时,桩身将产生附加水平位移,同时也会引起桩侧土体超静孔压和桩土界面接触应力的循环变化。