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。     

长短桩复合地基荷载分担比的试验研究

为了研究长短桩复合地基竖向荷载分担比的变化规律,在室内模型试验的基础上,对不同桩间距、垫层厚度、长桩长度、短桩长度、长桩模量和短桩模量等情况下长短桩复合地基荷载分担比的变化性状进行了分析。结果表明,随桩间距的减小,长桩和短桩的荷载分担比均增大,桩间土的荷载分担比减小,通过减小桩间距来提高长桩荷载分担比是不经济的;随垫层厚度的增加,长桩的荷载分担比减小,桩间土的荷载分担比增大,短桩的荷载分担比变化较小,垫层的设置能明显改善桩、土荷载分担的分配;随长桩长度的增加,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩长度能一定程度提高长桩荷载分担比;短桩长度对荷载分担比的影响较小;随长桩模量的增大,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩模量能显著提高长桩荷载分担比;随短桩模量的增大,长桩的荷载分担比减小,短桩和桩间土荷载分担比均增大,增加短桩模量对荷载分担比分配有一定影响。     

粉土中刚性长短桩复合地基承载力发挥度参数影响研究

通过有限元分析,研究了相同承台板沉降下短桩桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度变化对长短桩复合地基中桩与土承载力发挥度的影响.研究表明:相同承台板沉降下,增加桩长、桩径、桩间距,减小褥垫层厚度会提升长短桩复合地基承载力.短桩桩长变化对长、短单桩承载力发挥度的影响较小.增加桩径和褥垫层厚度,会提高单桩承载力发挥度.随桩间距增大,长桩单桩承载力发挥度增加,短桩单桩承载力发挥度减小.短桩桩长、桩间距、褥垫层厚度增大,桩间土承载力发挥度增加;增加桩径,桩间土承载力发挥度减小.     

CFG桩桩土分担的荷载比研究

CFG桩用于加固地基,CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层三部分构成,其加固机理为褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土,使二者共同受力.本文试试验数据来分析桩土分担的荷载比随褥垫层厚度增大有无变化着手,试推算最佳褥垫层厚度。     

垫层厚度对长短桩复合地基性状影响的试验研究

为了研究垫层厚度对长短桩复合地基工作性状的影响,在室内模型试验的基础上,对无垫层2、cm垫层和5 cm垫层三种情况下长短桩复合地基的荷载与沉降的关系、桩土应力比、荷载分担比等问题进行了分析,结果表明,长短桩复合地基的沉降量随着垫层厚度的增加而增加;长桩桩土应力比随垫层厚度的增加而减小,短桩桩土应力比的变化不如长桩明显;无垫层时,长桩荷载分担比较大,桩间土和短桩荷载分担比很小,铺设垫层后,随垫层厚度的增加,长、短桩荷载分担比都逐渐减小,桩间土荷载分担比逐渐增大。     

刚性基础下砼芯水泥土桩复合地基沉降计算

为了计算复合地基沉降并研究其相关影响因素,首先,考虑界面相对位移对界面侧摩阻力的影响,获得理想弹塑性荷载传递函数;然后,根据荷载传递法的基本原理,建立砼芯、水泥土桩和桩周土三者各自的平衡微分方程,得到三者相应的应力位移表达式;最后,通过与数值模拟对比验证了该方法的可靠性,分析了上部荷载、含芯率、面积置换率、桩周土和下卧层压缩模量对复合地基沉降量的影响。研究结果表明:刚性基础下砼芯水泥土桩复合地基中砼芯承担了较大部分的上部荷载,水泥土桩次之,桩周土的荷载分担比最小;随着荷载增大,砼芯的荷载分担比逐渐减小,桩周土和水泥土桩的荷载分担比逐渐增加,荷载由砼芯向外逐步传递到水泥土桩与桩周土;随着上部荷载减小,含芯率、面积置换率、桩周土和下卧层压缩模量增加,复合地基沉降量逐步减小,其中含芯率的影响相对较小;除下卧层压缩模量外,各影响因素对桩周土压缩量的影响程度显著大于下卧层土体压缩量的影响程度。     

上部结构刚度改变对桩筏基础的影响

传统桩筏基础设计没有考虑上部结构刚度变化的影响,边桩实际承载力超过设计承载力而中桩实际承载力小于设计承载力。建立了框架结构和单片剪力墙结构、桩筏基础与地基共同作用的平面有限元模型,计算了逐层加载和一次性加载条件下两种上部结构形式的桩顶反力、桩筏荷载分担比、桩基沉降及差异沉降。结果表明：刚度大的上部结构形式下桩顶反力小;桩筏荷载分担比随上部结构刚度的增大趋于稳定;不同上部结构形式的刚度变化对其下桩顶沉降的影响不同。为进行合理的桩基设计提供了参考意见。     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基的承载特性

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基承载特性分析

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

埕岛粉喷桩复合地基应力比试验

桩土应力比是反映桩体和桩间土协同工作的重要指标,也是复合地基承载力和沉降计算的重要参数,与地基土的物理力学性质密切相关,影响因素复杂。结合某大型工程,首次对埕岛软土上粉喷桩复合地基进行大型应力比试验,得到埕岛粉喷桩复合地基应力比随荷载、时间、褥垫层厚度、褥垫层刚度的变化规律,并进行有限元分析,对两种结果进行对比。结果表明:粉喷桩复合地基桩土应力比值没有时间效应;粉喷桩复合地基桩土应力比与褥垫层厚度负相关,一定厚度褥垫层可协调桩土工作,宜试验确定最佳厚度范围;应力比与褥垫层弹性模量正相关,模量达到某一值时桩土应力比不再变化,应根据桩体材料选用适当弹性模量褥垫材料;该地区粉喷桩复合地基桩土应力比主要分布在6.5～9.0。     

不同连接形式桩筏系统动力响应数值模拟

针对不同连接形式对桩筏系统抗震性能的影响,开展了3种连接形式桩筏系统在循环荷载作用下的数值模拟研究.通过对桩土动接触压力峰值曲线、土层顶部和筏板顶部加速度反应谱等动力响应的对比分析,探寻垫块和褥垫层对桩筏系统抗震性能的影响规律.结果表明：桩顶设置褥垫层可以最有效地调动地基土潜力,桩身弯矩峰值降低4 kN·m,筏板顶加速度峰值降低7%,桩顶加速度峰值降低9%;桩顶埋设垫块桩身弯矩峰值降低6 kN·m,设置垫块可使筏板加速度峰值降低45%,桩顶加速度峰值降低35%,可以有效调动地基土潜力,对土层顶部和筏板顶部加速度放大效应减少最有利. 2种连接形式均可减小上部结构加速度响应,减震效果良好.     

地基刚度对 L形带裙房高层建筑结构-基础-地基共同作用的影响

建立了某实际工程L形带裙房高层建筑三维分析模型,采用分层地基模型模拟地基土,引入缝连接单元,对不设缝带裙房高层建筑进行了上部结构-桩筏基础-地基共同作用分析,主要讨论地基刚度的变化对上部结构和桩筏基础的影响,研究表明:竖向荷载作用下,当地基刚度增大时,上部结构中心区和翼缘区的边柱和角柱轴力减小,而中柱的轴力增大,趋向于非共同作用;主楼与裙房基础的平均沉降随着地基刚度的增加而减小,但当地基刚度增大到一定情况时影响减弱;主楼与裙房各自的沉降差也随地基刚度的增加而减小,减小幅度趋于平缓;随着地基刚度的增加,其桩顶反力曲线趋缓,也即桩顶反力逐渐变得均匀.     

高速铁路中低压缩性土桩-筏(网)地基加固效果研究

基于沪宁(上海—南京)城际铁路CFG桩-筏地基(预压期超短,4月)和京沪高铁砂桩-网地基(昆山试验段预压期超长,间隔5 a)现场试验,测试获取路基沉降变形、孔压消散、桩土压力分布变化等规律,对比分析桩筏与桩网地基工作性状差异。研究结果表明:桩-筏和桩-网地基联合堆载预压可以满足中低压缩性土高铁无砟轨道工后沉降控制要求,桩-筏地基沉降总量与沉降速率均小于桩-网地基的沉降总量与沉降速率,堆载预压时间可以弥补地基加固结构的不足;受桩体刚度影响,CFG桩-筏桩体荷载分担比大于砂桩桩-网地基的荷载分担比,其超孔压消散速率则远比后者的小;筏板具有类似拱的传荷作用,板下应力分布较均匀,桩网路基基底压力分布呈倒钟型;在工期紧张情况下,桩筏地基工后沉降控制效果比桩网地基的控制效果优,但前者造价较高,高铁地基加固技术选择时需考虑综合效益。     

橡胶轮胎散体桩群桩复合地基有限元分析

目的分析橡胶轮胎散体材料桩(RGP)群桩的承载性能,为橡胶轮胎散体桩复合地基的实际应用提供设计参数.方法通过ABAQUS有限元软件建立桩土三维有限元模型,研究不同桩长、桩径、桩间距及褥垫层厚度等对橡胶轮胎散体桩群桩承载性能的影响,得到载荷-位移、桩身应力等关系曲线.结果 RGP桩复合地基的沉降随桩长的增加而减小,但存在有效桩长.随着桩间距的增加,RGP桩复合地基的承载力、桩顶应力和桩身最大应力增加,桩土应力比先增大后减小.随着桩径的增加和褥垫层厚度的增加,RGP桩复合地基的承载力均呈增加趋势,桩土应力比减小.桩径的增加在提高复合地基置换率的同时也使得橡胶轮胎的环箍能力降低,所以RGP桩复合地基设计时应综合考虑桩土承载能力和橡胶轮胎的环箍作用.结论合理调节桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度等参数会促进桩土协同作用的发挥,进而改善RGP桩复合地基的承载能力.     

深厚软土地基桩筏基础筏板厚度承载特性试验

为了获取内陆深厚软土地区桩筏基础复合地基承载特性,通过几何相似比为1∶10的物理模型试验研究和数值模拟,在试验中对基础的沉降、土压力、筏板内力及桩顶反力等数据进行采集,研究了不同工况下内陆深厚软土地基桩筏基础不同筏板厚度的承载变形特征.结果表明:桩筏基础的沉降分为3个阶段:线性阶段、非线性阶段和破坏阶段;加大筏板厚度对于筏板相对刚度具有较大影响,筏板相对刚度处于刚性状态时加大筏板厚度能有效降低总体沉降,并减少差异沉降;加大筏板厚度后,筏板和板下土体更多地承担了荷载;板下地基反力呈现四周大、中心小的趋势.     

地基土沉降对复合地基工作性状的影响

采用数值分析方法,考虑桩-土-褥垫层的共同作用,对复合地基在地基土沉降前后的沉降、桩侧摩阻力和桩身轴向应力等工作性状进行了研究.结果表明:与常规条件下相比,在相同上部荷载作用下,地下水位下降使基础和桩顶的沉降增加,桩身轴向应力增大,桩-土应力比提高,上部荷载的增大会加剧这些现象.随着降水造成的地基土沉降增加,加固桩体中负摩阻力的影响逐渐增大,中性点位置下移,负摩阻力引起的下拉力增大,桩侧摩阻力发挥更加充分.     

基于FDM-PFM耦合方法的刚性桩复合地基性能

为揭示褥垫层颗粒材料的力学本质,深入研究其对刚性桩复合地基性能的影响,开发了有限差分-颗粒流(FDM-PFM)耦合方法,建立了刚性桩复合地基静载试验耦合模型;将耦合模型计算结果与某高层建筑结构现场静载试验结果进行了对比,吻合良好,证明该耦合方法有效,材料宏观、细观参数取值正确.并进一步模拟分析了不同褥垫层材料对刚性桩复合地基性能的影响,结果表明:随褥垫层刚度增大,沉降减小,桩土应力比增大,桩顶对褥垫层刺入量减小;不同褥垫层材料桩顶负摩阻区范围为中粗砂0.30L、碎石0.25 L、级配砂石0.20 L(L为桩长);随褥垫层刚度增大,负摩阻力减小,桩身轴力则增大.     

高层建筑桩筏基础中筏板受力数值模拟研究

建立了粉煤灰地基上高层建筑-桩筏基础-地基共同作用的数值分析模型,通过模拟不同距径比和桩长的桩筏基础,研究了筏板的受力响应问题。数值模拟分析表明在上部结构荷载作用下筏板及桩体周围的位移量较大,离桩筏基础越远位移量越小,筏板的沉降呈盆状;桩距径比越大筏板沉降量越大,桩长越大筏板沉降量越小。由于桩体轴力的作用,筏板边缘桩体位置处的剪应力出现集中,且筏板负弯矩有极大值;筏板内弯矩随着上部结构荷载的增大而增大;桩距径比越大筏板内的弯矩越小,桩长越大筏板内的弯矩越大。     

考虑共同作用时结构刚度变化对上部结构内力的影响

利用大型通用有限元软件ANSYS14.0建立了框架结构-桩筏基础-地基共同作用的整体有限元分析模型。通过改变基础的刚度和地基土的刚度来研究考虑共同作用后上部结构内力的变化规律。计算结果表明:在考虑共同作用的影响下,角柱和边柱的轴力随筏板厚度的增加而减小,而中柱的轴力随筏板厚度的增加而增加,但变化的幅度较小。随着地基土体弹性模量的增大,中柱的轴力随之增加,而角柱和边柱的轴力普遍减小。     

高速铁路桩筏结构的筏板合理设计研究

桩筏结构在高速铁路中的应用较多,但理论研究滞后于工程实践.为得出高速铁路桩筏结构的筏板的合理设计,采用三维有限元软件ABAQUS建立了桩筏结构空间模型,仿真模拟了桩筏结构的应力和沉降,并对筏板沿线路纵横垂三个方向的受力特性与规律进行研究.在此基础上,分析比较了筏板在不同的筏板厚度及垫层厚度时的受力与沉降,从而得出最为合理的筏板厚度及褥垫层厚度,并得到如下结论:1)筏板在桩筏结构中应按抗弯部件设计;2)筏板厚度的增加使得其所受应力呈指数下降;3)褥垫层厚度对筏板的竖向应力影响微小;4)褥垫层在桩筏结构中对缓解筏板竖向应力集中起到了一定的作用.本文研究结论为今后桩筏结构的设计及数值模拟提供了参考.