港口软土区超长桩承载特性有限元分析

该文基于港口区工程地质条件以及结合实际工程中高桩码头中超长桩的尺寸,桩身材料属性,在不考虑软土地区群桩效应及水平荷载作用下,利用ABAQUS有限元软件简化建立了高桩码头竖向单桩二维桩—土结构体系受力模型。得出竖向荷载作用下桩土位移及应力图,了解桩侧土、桩端土层应力分布。分析曲线与桩身侧摩阻力分布曲线,了解在位于港口软土地区中高桩码头超长桩在较高荷载下的桩土变形性状。同时结合工程实例,提出建议在超长桩入土一定深度加强构造措施。     

基于局部彼得罗夫-伽辽金法的超长桩受力分析

竖向荷载作用下,超长桩的受力可以近似按照平面问题求解.本文通过综合分析,采用横向各向同性弹性半空间地基模型,利用局部彼得罗夫-伽辽金法(MLPG),考虑基桩大变形,编制了实用的计算机程序,并对超长桩在竖向荷载作用下的承载机理做了较深入的分析.     

考虑桩土滑移的超长桩沉降非线性算法

考虑超长桩桩周土体加工软化和加工硬化等不同性状,采用三折线荷载传递模型模拟其竖向荷载下桩侧传递规律,并以理论τ-z曲线描述桩侧界面桩土接触非线性。在此基础上,针对荷载传递过程中桩土滑移现象,对超长桩及桩周土分别建立单元进行离散化处理,根据桩土体系平衡条件得出桩土体系刚度矩阵方程及其迭代求解流程,从而提出了可考虑桩土滑移的超长桩沉降计算非线性分析算法.与现场试桩实测数据对比表明,本文方法计算值与实测值基本吻合,可供工程实践参考。     

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...     

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。     

考虑竖向荷载的Timoshenko模型桩水平振动响应解析解

考虑饱和土应力和位移沿深度的变化,将桩基等效为Timoshenko模型,对饱和土中竖向荷载作用下的端承桩水平振动响应进行了理论研究。基于Biot动力固结理论,通过引入势函数解耦土体方程。利用Laplace变换和分离变量法求得桩周土体频域响应解析解。考虑桩基的剪切变形和转动惯性效应,结合桩土接触连续性条件,得到桩体位移和桩顶动力复阻抗频域解析解。通过数值算例,比较了竖向荷载作用下Euler-Bernoulli模型与Timoshenko模型桩顶振动特性;并研究了长径比和竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响。结果表明:采用Euler-Bernoulli模型计算桩顶动力复阻抗偏于危险;长径比增大到临界值后,长径比对桩顶动力复阻抗影响较小;竖向荷载导致桩顶动力复阻抗突然降低,对桩基承载能力有不可忽视的影响。     

不同桩体材料超长单桩室内模型试验

对竖向荷载作用下的不同桩体材料超长单桩进行模型试验研究,分析其承载机理和变形特性,研究两种材料超长单桩的荷载-位移特性,桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥性状,桩侧摩阻力和桩-土相对位移的关系以及桩身压缩量。结果表明,桩身材料的性质在很大程度上影响了超长单桩的承载和变形机理,超长单桩设计中应重视桩身材料的选择。     

路堤下桩网复合地基桩土应力比计算

针对"路堤-加筋垫层-复合桩基"共同作用模型所存在的不足,从土拱、筋材变形以及桩土荷载传递三个方面对其进行改进.首先,考虑地基分层、埋深与上覆荷载对桩土荷载传递的影响,推导桩、土竖向变形函数.然后,引入沉降主控的筋材拉膜效应经验模型,考虑路堤与地基侧向变形对筋材拉力的影响.最后,在土柱模型的基础上,考虑相对位移量对界面摩阻力发挥的影响,推导路堤底部荷载分配与差异沉降的关系.在上述工作的基础上,以桩土沉降与荷载分配为等量关系,建立了改进后的路堤、筋材、桩体、桩间土共同作用模型,并得到了路堤下桩网复合地基的桩土应力比计算方法.通过工程实例对本文方法进行验证,证明了本文方法的合理性.     

考虑鼓胀变形的散体材料桩复合地基沉降计算

针对竖向荷载作用下靠近桩顶一定深度的范围内,桩体不仅会发生竖向压缩变形且会发生侧向鼓胀变形特性,基于荷载传递法,导出了竖向荷载作用下散体材料桩复合地基中的某根单桩的桩身压缩量计算公式,进而得到新的散体材料桩复合地基沉降计算公式.分析时,视散体材料桩为弹性均质体,根据广义胡克定律得到其应力应变关系;桩周土提供的侧向约束力为桩侧竖向力引起的侧向土压力,并考虑加筋垫层的侧向约束作用及其沿深度的传递对桩体侧向约束的有利影响.为验证本文方法的可行性,对某一工程实例进行分析,且与其它方法进行比较分析.结果表明:与常规计算方法相比,本文方法从荷载传递规律出发,可考虑鼓胀深度随桩顶竖向荷载的增加逐渐向深处发展的特点,更符合散体材料桩复合地基的实际受力变形状况.     

考虑桩自重及侧摩阻力影响的超长桩屈曲分析

同时考虑桩侧土抗力、桩侧摩阻力和桩身自重的影响,通过选择合适的桩身挠曲变形函数及桩侧土弹性抗力模式,基于最小势能原理,应用瑞利-里兹法求解超长桩的临界荷载,给出了超长桩屈曲荷载和计算长度的解析表达,最后分析了桩侧土抗力、桩侧摩阻力和桩身自重对超长桩屈曲荷载和计算长度的影响.研究结果表明:桩侧土抗力是影响超长桩屈曲荷载的主要因素,而桩侧摩阻力对超长桩屈曲荷载的影响甚微.当桩身埋置率较低时,桩身自重对超长桩屈曲荷载的影响不容忽视,但是随着埋置率的增加,桩身自重对超长桩屈曲荷载的影响逐渐降低.     

波浪荷载对单桩承载力影响的水槽模拟试验研究

针对浅海环境下的单桩基础,在水槽试验室中建立砂土-桩基-波浪缩尺模型,进行波浪作用下单桩静载荷试验.测试桩周海床土孔隙水压力和不同荷载作用下的桩基沉降,分析在波浪荷载下单桩和海床土相互作用机理和单桩荷载沉降曲线特性,探讨不同桩径下桩周海床土超静孔压(ps)对单桩竖向承载力的影响.结果表明:单桩的存在会增大桩周海床土ps...     

超长桩荷载传递机理有限元分析

在对试桩实测资料进行分析的基础上,采用数值分析方法,研究了深厚软土地区单桩在竖向荷载作用下由短桩至超长桩随桩长增加时的荷载传递性状.结果表明:非嵌岩超长桩Q-s曲线仍可能发生陡降;由于超长桩的桩身压缩量较大,超长桩侧阻与端阻不同步发挥的现象较桩长不大时显著得多,极限荷载和承载力特征值下的端阻比通常均小于10%;在工作荷载下,短桩过渡到超长桩时,轴力主要承担部分由桩身下部逐渐转为桩身中上部,侧阻由三角形分布转为单驼峰分布;超长桩沉降计算中将侧阻简化为三角形分布可能会导致较大的计算误差.     

考虑桩-土-垫层共同作用的刚性桩复合地基沉降计算方法

分析了刚性单桩桩复合地基的荷载传递机制,针对单桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立了刚性单桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的单桩复合地基沉降计算方法。结合现场单桩复合地基静载荷试验进行对比分析,结果表明,所建立沉降计算方法的计算结果与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,可为工程计算提供一定的参考。     

竖向和水平荷载共同作用下PHC管桩受力分析

考虑桩身摩阻力、桩身自重及土抗力的影响,从弹性桩的挠曲线微分方程出发,假定均匀地基土层中地基系数按m法线性增大,推导了在竖向和水平向荷载共同作用下基桩的内力和位移的幂级数解答.公式规律性强,意义明确,容易编制成程序来求解问题.通过计算桩身挠曲线、转角和弯矩,竖向荷载的作用能稍微提高管桩的水平承载性能.     

刚性筏板下群桩基础共同作用实用分析方法

为了分析实际工程中大规模桩筏基础荷载分担及沉降特性,基于桩-土-筏相互作用理论提出了在竖向荷载作用下考虑土体弹塑性的刚性筏板下群桩基础共同作用的实用分析方法.桩-土-筏相互作用包括桩-土、桩-桩、筏-土和桩-筏相互作用,土体弹塑性考虑了土体模量的双曲线型变化特性.通过对不同尺寸条件下桩筏基础现场实测案例进行分析,介绍了计算过程中相应土体参数的取值方法,并基于基础沉降及桩-土荷载分担比实测和计算值对比结果,验证了该计算方法用于分析实际工程中大规模桩筏基础的合理性.同时基于某工程桩基优化分析,其计算结果表明:考虑筏板的荷载分担能显著降低桩基用量,桩数降为原设计1/3左右时,基础沉降并不会显著增加.     

软土地基超长PHC管桩的荷载传递机理分析

软土地基中超长预应力混凝土管桩在桥梁和建筑工程中得到了广泛的应用,但超长预应力混凝土管桩的承载机理还不很清楚.土体采用非线性弹性Duncan-Chang模型,桩土界面采用Goodman接触面单元,桩体部分采用Hognestad方程对桩土的相互作用进行非线性有限元分析.结果表明:在有效荷载作用下,桩身变形在弹性范围内,桩底沉降是持力层的压缩变形.     

竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性

针对桩身整体倾斜且无初始弯曲应力的倾斜桩,采用室内模型试验对竖向荷载作用下不同倾斜程度的桩进行了研究,发现模型桩在倾斜度不大于4%时,在相同的竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降比竖直桩小且倾斜桩的竖向承载力不比竖直桩低,但当倾斜度达到8%时,相同荷载下桩顶沉降大于竖直桩沉降且因桩身发生弯曲破坏导致加载终止.基于工程实例对桩身整体倾斜的单桩进行了数值分析,得出了与模型试验类似的结论.对特定土质条件和桩条件,存在着基于桩身倾斜度对桩顶沉降影响的沉降影响门槛值和基于桩身倾斜度对桩体破坏模式影响的破坏模式门槛值.当桩身倾斜度在沉降影响门槛值以内或以外时,在相同竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降分别小于竖直桩沉降或大于竖直桩沉降.当桩身倾斜度在破坏模式门槛值以内时,倾斜桩的竖向承载力主要由桩身侧阻和端阻决定,桩身弯矩不起控制作用;当倾斜度大于该门槛值时,在竖向荷载作用下倾斜桩的竖向承载力主要由桩体抗弯强度决定,随着竖向荷载的增大桩最终将发生弯曲破坏.土质条件、桩身刚度和强度、桩顶约束条件等均会影响门槛值大小.     

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.     

复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统研发

自主研发了复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统,可开展单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下桩基加载试验。由模型槽、竖向-水平耦合加载系统、测量系统三部分构成,子系统之间以螺栓连接,可拆解。模型槽由透明有机玻璃制作、角钢加箍,便于试验土体观察和模型桩埋深、仪器埋设控制;加载系统采用滑轮、配重块和微型千斤顶、液压泵施加竖向-水平耦合荷载,设置直线滑动导轨为荷载方向调节装置,以消除水平面内桩顶与微型千斤顶之间摩擦力对桩土的作用效应,维持竖向力始终作用在桩顶中心位置;测量系统除可测得桩顶水平位移、沉降等数据外,亦可多点测量桩身水平挠曲线。最后开展了单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下PCC桩承载特性模型试验,对试验系统的可靠性和稳定性进行了验证。     

成层土中竖向受荷桩沉降性状简化计算方法

基于应力泡形虚土桩模型和考虑桩土界面初始临界摩阻力的改进双曲线模型,提 出了一种可以考虑桩端应力扩散效应和桩土界面初始临界摩阻力影响的竖向受荷单桩沉降 简化计算方法.首先,利用该计算方法分析讨论了模型参数对单桩沉降的影响程度,并给出了 合理的取值范围;其次,将用该计算方法得到的结果与现场实测数据对比分析,验证了本文计 算方法的合理性,并进一步分析研究了不同桩顶荷载作用下竖向受荷桩的桩身压缩与桩端土 体沉降所占比重关系、桩身轴力分布规律以及桩侧摩阻力发挥特性等 .本文的计算方法参数 明确,应用简便,可以为桩基础设计提供更为准确的沉降值,具有广泛的工程应用前景.