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。     

热—力耦合下能源桩沉降和荷载传递特性的数值分析

在热—力耦合下,能源桩荷载传递及其沉降规律是能源桩的研究热点。通过FLAC~(3D)有限差分软件研究能源桩在冬季运行工况下的沉降和荷载传递特性,并用London试验验证数值计算结果的合理性和正确性。通过研究温度对桩身轴力以及桩体和桩侧土体的沉降的影响,发现热—力耦合作用下桩体的轴力大于仅荷载作用时;桩体因自身温度升高而膨胀,桩体的上半部分相对于桩侧土体向上运动,桩体的下半部分相对于桩侧土体向下移动,使得桩体顶部的沉降量减小,热—力耦合作用下桩侧土体的沉降量小于仅荷载作用时。     

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.     

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,...     

竖向抗压桩承载机理与受力特性分析方法

桩基础具有竖向承载力高,基础沉降小,调节不均匀沉降能力强等优点,成为大型建构筑物的主要基础型式。桩基承载力与沉降分析是桩基设计中的主要内容。本研究基于桩身布设钢筋应力计的单桩现场静载试验结果,分析了竖向抗压单桩荷载-沉降关系、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力和桩端摩阻力发挥特性等,总结了不同桩侧和桩端荷载传递模型,明确了荷载传递模型中各参数的意义和取值方法。以桩侧和桩端荷载传递双曲线模型为例,考虑群桩中各基桩间的相互作用,提出了群桩中各基桩的双曲线荷载传递函数,结合荷载传递法形成了考虑桩-土体系渐进变形的桩基承载特性迭代计算方法。     

热-力耦合作用下新型能量桩承载性能试验

能量桩在承担上部建筑荷载的同时兼起到地源热泵换热器的作用,热-力耦合作用下对其承载性能产生的影响与常规桩不同。基于室内模型试验方法,对热-力耦合作用下饱和砂土地基中新型能量桩(掺入0.6%的钢纤维和4%的石墨)桩周温度场分布、桩身热应力、桩端土压力、桩身侧摩阻力、桩顶以及桩周土体竖向位移的变化规律进行研究。试验结果表明：桩端土压力在升温时逐渐增大,降温时逐渐减小;桩身热应力随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势,同一深度处温度越高桩体内产生的热应力越大;无论有无工作荷载,桩侧摩阻力均随温度的升高而增大;工作荷载作用时,随着循环次数的增加桩顶的沉降位移不断累积,对结构的安全性、耐久性及正常使用造成不利的影响。     

基于桩-土软化模型的单桩荷载传递规律研究

桩身侧摩阻力是桩基设计非常重要的参数指标,而桩侧摩阻力的软化行为会引起桩承载能力的降低。基于桩-土软化模型推导出了单桩荷载传递规律的解析解。通过单桩静载荷试验,对比分析了解析解和桩荷载试验结果之间关系,结果表明桩的轴向力和桩-土界面应力应变吻合良好,验证了所提解析解的合理性。传统的解析解是通过经验法将桩端承载力当作已知边界条件使用,而本文提出的解析解可以通过不同的外加荷载和侧摩阻力来计算桩端承载力。由于考虑了桩侧土体的软化特性,在桩基加载过程中,从桩身归一化的侧摩阻力分布图中可以观察到桩身摩阻力的软化行为,桩基承载力有所下降。     

基于桩-土软化模型的单桩荷载传递规律

桩身侧摩阻力是桩基设计非常重要的参数指标;而桩侧摩阻力的软化行为会引起桩承载能力的降低。基于桩-土软化模型推导出了单桩荷载传递规律的解析解。通过单桩静载荷试验,对比分析了解析解和桩荷载试验结果之间关系,结果表明桩的轴向力和桩-土界面应力应变吻合良好,验证了所提解析解的合理性。传统的解析解是通过经验法将桩端承载力当作已知边界条件使用,而提出的解析解可以通过不同的外加荷载和侧摩阻力来计算桩端承载力。由于考虑了桩侧土体的软化特性,在桩基加载过程中,从桩身归一化的侧摩阻力分布图中可以观察到桩身摩阻力的软化行为,桩基承载力有所下降。     

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.     

柔性基础下等芯型水泥土复合桩荷载传递特性分析

为探讨柔性基础下等芯型水泥土复合桩的荷载传递规律,首先深入分析了它在竖向荷载作用时的受力变形模式,并基于试验研究成果,引入双指数函数型荷载传递模型刻画芯桩-水泥土界面的剪切软化过程,同时引入理想弹塑性荷载传递模型描述水泥土-土界面的剪切变形特性;然后将桩划分为若干个单元体,基于荷载传递法,建立了芯桩、水泥土桩、桩周土之间的荷载传递分析模型,导出了各部分单元体应力与变形计算递推公式;再采用迭代计算法,构建了芯桩、水泥土桩和桩周土的轴力、侧摩阻力以及界面相对位移的计算流程,从而提出了一种柔性基础下等芯型水泥土复合桩的荷载传递规律分析计算方法;最后,通过与现场试验结果和工程案例进行对比分析,验证了本文方法的可靠性,同时基于计算结果分析得到了柔性基础下等芯型水泥土复合桩的侧摩阻力和轴力分布规律. 研究成果可为柔性基础下等芯型水泥土复合桩的工程设计提供参考.     

深厚填土区微型钢管桩承载特性试验

为研究深厚填土区微型钢管桩承载特性及加固效果,通过室内试验和现场试验,测定微型钢管桩的应力-应变关系、各级荷载下的桩身轴力及桩顶位移,分析组合截面的弹性模量、钢管与水泥净浆分担的荷载比以及桩身轴力、桩侧摩阻力的传递变化规律.研究结果表明,钢管的套箍效应对组合截面弹性模量影响较小,实测值仅为不考虑套箍效应计算值的1.2倍...     

某工程长螺旋钻孔压灌混凝土桩单桩荷载-沉降分析

单桩受到竖向荷载以后,其沉降量由下面三个部分组成：桩身的弹性压缩量、侧摩阻力向下传递引起的桩端位移、桩端荷载引起的桩端位移,目前国内外研究单桩荷载一沉降计算方法主要有荷载传递法、弹性理论法和剪切位移法。本文采用荷栽传递法来研究单桩荷载-沉降关系。     

可控刚度桩基础负摩阻力计算与分析

可控刚度桩基础应用于端承型桩基的桩土共同作用时,桩侧产生负摩阻力,如考虑不周会产生一定的安全隐患。基于荷载传递法,依据桩周土体沉降实际分布情况,提出桩长1/3和1/2位置的桩周土体沉降二折线分析模型,得到任意桩身位置处桩身轴力和桩土相对变形解答。分析结果表明:随着长径比、沉降比以及桩侧摩阻力传递系数k的增加,桩身轴力增长率也随之增加;随着荷载比的增加,桩身轴力增长率减小;桩身轴力增长率一般不大于10%,在工程设计时应予以考虑。     

桩基模型试验应变测试方法比较

桩身应变测试是桩基承载性能研究中的一项重要内容,是竖向荷载作用下桩身应力、轴力、侧摩阻力等荷载传递规律分析的基础.基于室内模型试验,采用常规的电阻应变片与光纤布拉格光栅（FBG）两种应变测试方法,对两组单桩在竖向荷载作用下的桩身应变特性做了完整的测试.对比分析试验结果表明：光纤布拉格光栅测得的应变数据具有较高的精度和稳定性,可以绘制更符合客观实际的桩身轴力和桩侧摩阻力曲线.     

管桩水泥土复合基桩抗拔荷载传递规律试验研究

为研究管桩水泥土复合基桩在竖向上拔荷载作用下桩身荷载传递规律,结合现场荷载试验及桩身光纤光栅应力测试,研究各级荷载下桩身轴力、侧摩阻力及变形量的变化特征。经分析得出:管桩水泥土复合桩荷载-上拔量(P-S)曲线变化较缓;管桩主要承担竖向抗拔荷载,在端部上拔荷载作用下,桩身轴力在桩端最大,沿桩身向上逐渐减小,管桩主要依靠桩身下部和中部承担上拔荷载。     

超长桩荷载-沉降关系非线性迭代计算方法

基于超长桩试验资料,提出桩侧广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性,桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性,并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状,从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。计算得到的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合,可作为确定桩承载力的依据,经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该理论可靠、方法简单,且具有较好的适用性。     

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。     

温度荷载影响下能源桩的受力特性分析

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。     

挤扩支盘桩承载性状与沉降特征的试验

通过对支盘桩的静载荷试验和对桩身轴力的测试,分析了桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理和沉降特性,测试了桩身侧摩阻力和承力盘的端承力分担荷载的比例.指出工作荷载下支盘分担的荷载比例高于60%;桩侧摩阻力充分发挥时桩顶的沉降约为0.6%d;支盘间距3.57d没有明显影响承载力的发挥.     

抗拔桩单桩承载特性试验及数值模拟

目的研究抗拔桩单桩承载特性,分析桩基础在上拔荷载作用下摩阻力的发挥和桩身轴力的特点,从而验证数值模型的合理性.方法通过数值模拟软件对理想加载条件下的静载荷试验进行数值模拟,并对数值计算与现场实测的荷载-位移关系进行对比,同时对抗拔桩的桩身内力测试结果进行分析.结果数值模拟与现场静载荷试验所得到的抗拔桩的荷载-位移关系符合较好,但是具有一定的误差,六组试桩桩顶位移的实测结果与模拟计算结果的误差最大值为2.43 mm,最小值为0 mm;桩身轴力自上而下逐渐减小,桩底处轴力大小接近0 kN,支盘效应导致轴力发生突变,突变位置在桩顶以下5.5 m左右;桩侧摩阻力分布遵循"两头小,中间大"的分布规律,且上拔荷载越大,桩侧摩阻力发挥的越充分.结论该模型的建立与参数的选取是合理的,对抗拔桩的工程设计与计算具有一定的参考价值;对桩身轴力与桩侧摩阻力发挥特点的分析可以为工程设计计算提供理论依据.