大面积单侧堆载对高速铁路桥梁墩台影响的数值分析

基于某高速铁路桥梁实际地质条件和现场堆载情况,运用ABAQUS有限元软件建立高速铁路桥梁墩台、基础及地基土相互作用有限元模型,分别假设地基土为弹性(大变形)和理想弹塑性,分析了桥梁墩台在大面积单侧堆载作用下的受力变形特性,包括墩顶中心变形、地基与桩基侧向变形沿深度变化、地基与桩基侧向应力沿深度变化等。研究结果表明:单侧大面积堆载是桥梁桩基产生水平位移的主要原因;地基黏土层取为理想弹塑性时计算的墩顶变形与地基土侧向应力明显大于取为弹性时计算值,且与现场实测值较为接近,说明地基土体发生了一定的塑性变形造成了桩基倾斜。计算结果为桥梁墩台倾斜的成因及处置措施提供了理论依据。     

侧向堆载引起既有铁路桥梁桩基沉降变形的有限元分析

侧向堆载使桥梁桩基及墩台产生横向水平位移,严重影响线路的稳定性和安全性。采用ABAQUS软件建立有限元分析模型,针对一具体工程堆载条件下桩基及墩台应力、变形情况进行分析。结果表明:在本文计算条件下,11.5 m高度的堆载引起桩基竖向沉降和横向水平位移,承台竖向沉降9~17 mm,承台水平位移41~43 mm,桩基水平位移最大值为46 mm,发生在距原地面5 m深处;靠近堆土侧的墩顶水平位移21.6 mm;远离堆土侧的墩顶水平位移40.6 mm,超过规范限值,应尽快采取卸载等措施。     

侧向堆载下高低承台桩受力性状的对比研究

为深入认识滨海地区侧向堆载下高低承台桩的受力特征,运用岩土三维有限差分软件FLAC3D进行数值分析,考虑了不同堆载距离和堆载高度等条件下高承台桩以及低承台桩的受力性状,对比了两者在侧向堆载作用下的位移、弯矩和轴力。分析表明:在滨海地区,侧向堆载下低承台桩身的桩顶水平位移反应较高承台敏感;高承台桩身内力受影响程度明显大于低承台桩。因此,对于高低承台桩基础的选择应该考虑各方面的因素,做到安全经济。其结论对滨海区的桩基础的设计与施工具有一定的参考价值。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

深厚淤泥地层中群桩基础竖向受荷特性试验研究

依托福州可门港大桥桩基工程的承载性能评价,设计并开展了群桩的竖向堆载现场试验,通过对现场实测数据的分析,得到了不同荷载等级下各桩的内力分布、桩土荷载分担比和桩侧摩阻力的变化规律。结果表明:随着荷载等级的增大及堆载位置调整,不同位置基桩桩顶压力的差异将逐渐减小,并最终趋于均匀;在不同的荷载等级作用下,群桩基础中不同位置的基桩其受力具有一定的规律性,但受到场地条件以及加载方式等方面的影响,各基桩的桩身受力性状往往表现出较大的差异性;对于软土地区的小桩距端承桩或端承摩擦桩,考虑到承台底部土层具有一定的承载能力,体现出一定的承台效应,但荷载分担比会随荷载等级的增加而减小;桩顶区域桩侧摩阻力基本为零,随着上部荷载水平的提高,桩身侧摩阻力由中上部向下部发展,并且数值逐渐增大。     

高承台桩基的动力屈曲分析

为求取高承台桩基在动力作用下某节点的动力位移图并利用B-R准则判断高承台桩基的稳定性。提出一种将有限元模型应用于高承台桩基的动力屈曲分析的简化方法,将计算得到的结果与相应的基于伽辽金法理论建立的简化法高承台基桩的非线性动力屈曲问题的基本方程式,利用四阶Runge-Kutta法进行求解的结果进行对比,验证该简化有限元法的正确性及适用性。通过建立不同桩径、桩长及桩的埋土深度的模型并进行分析对比。研究结果表明:该简化有限元法应用于高承台基桩的动力屈曲的分析具有一定的可行性及实用性,为高承台桩基的动力屈曲分析提供了一种新的方法途径。     

边载对水泥土搅拌桩复合地基承载特性的影响

通过现场试验 ,研究边载作用下水泥土搅拌桩复合地基的承载特性 ,得到环形边载、单侧边载、无载条件下水泥土搅拌桩单桩复合地基、自由单桩、桩周土的承载力变化曲线。用考虑桩土共同作用的有限元法计算单侧边载作用下水泥土搅拌桩复合地基的侧向变形 ,计算结果与实测结果比较吻合     

深厚软土区桥梁桩基偏位分析及处置措施研究

针对深厚软土地区地表堆载造成的桥梁桩基病害问题,对某典型城市高架桥桩偏位案例进行研究,结合有限元计算结果与现场检测结果,阐明了深厚软土区桥梁桩基的偏位机制,研究表明：不平衡堆载导致软土中超孔隙水压力增大,超孔隙水压力的消散导致地基土产生不均匀沉降,使得地基土内部产生水平荷载,同时桩身产生负摩阻力,这是导致桩基产生水平偏位且承载力降低的主要原因;不对称堆载,排水边界的变化,是加剧软土固结效应的潜在因素;当桩基已经产生偏位时,地表卸载对桩身变形的修正作用显著;基于PST的桩基完整性检测结果与桥墩偏位结果验证了有限元计算的合理性,根据仿真结果可以确定桩身的应力分布特征,为桥梁结构加固方案的制定提供参考。     

承台-桩-土作用下铁路桥梁桩基础地震反应

研究目的:低桩承台桩基础是铁路桥梁广泛采用的基础形式,考虑承台-桩-土相互作用效应,对其进行精细化地震反应分析意义重大。以32 m铁路简支梁桥为研究对象,建立考虑承台-桩-土相互作用效应的单墩抗震计算模型,采用反应谱法研究承台侧向土埋深及桩侧土m值取值对桥梁动力特性及桩基础地震反应的影响规律。研究结论:(1)承台侧向土埋深对桩顶位移及桩顶剪力影响显著,增加埋深,能有效降低桩顶剪切破坏震害的发生;(2)承台侧向土埋深对桩身弯矩的大小及分布规律影响显著,随着埋深减小,横向激励下桩身弯矩最值可能同时出现在两个部位,而纵向激励下桩身弯矩最值仅出现在某一个部位;(3)同一种土层,m值取值不同,对桩顶位移及桩顶弯矩影响显著;(4)本研究成果可应用于铁路桥梁桩基础的抗震设计。     

临近堆载对深厚软土桩基影响的现场试验研究

在浙江省宁波货运北站开展堆载对临近桩基内力与变形影响的1∶1原位现场试验,探讨深厚软土地区堆载高度、堆载与桩基距离等因素对桩身内力、位移、桩基和堆载间土体深层位移的影响规律。试验结果表明:临近堆载作用下,桩身向堆载的对侧偏移,最大值发生在桩顶处,且堆载对临近桩基的影响具有明显的时间效应;桩身弯矩在桩身上段26 m范围内较明显,其最大值大致位于软弱土层的底面;各工况下,桩身弯矩、桩身水平位移、桩与堆载之间土体的深层水平位移的分布规律基本相同,但其量值均随着堆载的临近与荷载强度的增加而增加。     

地面堆卸载作用对铁路桥墩沉降的影响分析

邻近堆卸载会对桥梁桩基造成不利影响,严重时将影响铁路的运行质量和安全,本文以一受邻近煤矿开采影响产生偏移的大桥为例予以分析。实测桥梁周边山体卸载引起的地基推移和桥梁桩基的变形,以此为基础建立有限元模型进行多角度数值分析,得出地基推移、对称堆载、不对称堆载及不同堆载高度对桩基沉降、变形和最大主应力的影响。计算结果表明,以混凝土允许主拉应力为控制指标,该桥梁桩基均匀堆载高度最大不能超过13 m,不对称堆载高度最大不能超过7 m。研究结果为维护整治提供了技术支持。     

单排桩-承台-联系梁组合基础受力分析

为了解决工程中常见的单排桩设计问题,将单排桩、承台及联系梁视为整体进行受力分析,避免了传统设计方法过于保守或偏于不安全的弊端。首先,建立"单排桩-承台-联系梁"一体化模型,对影响组合基础受力的联系梁刚度、相邻基础刚度及基础不均匀沉降进行理论分析,找出相互影响关系。然后,建立"单排桩-承台-联系梁"SAP2000有限元模型,模型通过"桩-土效应"反映桩基和联系梁的组合刚度关系,并以强迫位移荷载的方式考虑基础不均匀沉降的影响,联系梁的受力可从模型中直接读取。实例分析表明,该方法可充分考虑桩基(桩-土效应)、承台及联系梁间的相互作用,真实地反映"单排桩-承台-联系梁"的受力状态,联系梁的设计截面更合理、可靠。     

竖向荷载作用下复杂群桩的变形及荷载分布

以厦深(厦门—深圳)客运专线韩江特大桥潮安县段桩基选型工程为研究背景,通过有限元软件ABAQUS进行数值仿真模拟,分析低承台超长桩在非均质土条件下承受竖向荷载时竖直桩基的荷载-沉降(Q-S)曲线、基桩荷载分担、桩体侧向受荷、承台偏移、基桩竖向变形等工作性状。结果表明:超长群桩的Q-S曲线呈缓变特征,未出现显著的转折点和陡降;在承台顶逐级施加荷载作用下在同一深度范围内桩身轴力中桩、边桩、角桩依次增大;角桩和边桩的竖向变形相似,中桩差别较大;桩身的压缩变形随桩体深度依次递减;中桩侧摩阻力与周围基桩相比较小,变化更加缓慢。     

客运专线拱桥承台设计方法的探讨

为解决客运专线拱桥承台设计无明确铁路规范可依这一问题,通过建立桩-土-承台结构相互作用模型的方法,阐述桩-土-承台结构在上部结构作用下如何计算承台的应力和配筋,通过与已有规范方法比较,论证了桩-土-承台相互作用模型的配筋结果更加安全,为拱桥承台设计提供了有益的参考。     

摩擦桩竖向承载力计算方法研究

研究目的：解决现行桩基竖向承载力计算方法与桩-土体系的竖向变形相互独立的问题。 研究方法：首先，通过分析桩-土体系的变形机理得出合适的荷载传递函数模型；其次，根据桩-土体系的变形协调原则对桩基础的竖向承载力进行分析研究。 研究结果：针对现行桩基竖向承载力计算方法的不足，提出了一种与桩-土体系竖向变形相协调的计算方法。 研究结论：以变形协调原则与荷载传递法为基础推导的桩基承载力计算方法，能够解决桩基竖向承载力与竖向位移计算各自独立这一矛盾，满足工程设计要求。     

水上高桩码头桩基安全性评价

对于运营期的高桩码头承台桩基,在保障码头正常运营的前提下,承台桩基检测手段比较有限。某车渡码头承台出现明显位移变形,经现场考察,推测原因为桥墩承台上系船柱受船舶的长期连续系缆力作用所致,本文针对此种情况进行了三维有限元数值模拟分析,并进行了多种荷载工况下的计算对比,对桩基承载力进行了检算。通过计算分析,结合现场实际情况,对承台目前的偏移情况下桩基的承载力进行检算,得出原有桩体的承载力在目前桥座墩位移的情况下仍能满足要求的结论。同时分析了港口码头桩基可能发生的病害类型,给出了处理建议,可供类似工程参考。     

武汉站联合桩基设计研究

研究目的:针对武汉站联合桩基一般承台面积较大、柱底反力复杂、偏心效应显著,且大多承受八字斜柱反力,水平推力很大,本文分别按刚性桩基承台和柔性桩基承台两种模式进行受力分析。研究结论:刚性计算主要是确定反力合理形心,按反力合理形心与桩基形心重合进行布桩,并检算各荷载组合下桩基受力情况;当反力合理形心无法与桩基形心重合时,按偏心荷载计算桩基受力。柔性计算可以充分考虑承台刚度、土层约束、扭矩荷载等因素,采用有限元计算得到桩的竖向、水平受力情况和桩身弯矩、支座位移等,可与刚性计算结果对比校核,并对进一步计算桩身裂缝、上部框架结构等提供数据。     

堆载对路基变形特征的影响分析

基于非线形有限元方法,根据工程案例对局部堆载作用下路基的变形与稳定性进行了分析。计算得到了各施工阶段路基体内最大侧向位移的位置变化情况,并分析了局部堆载的不同作用位置对路基竖向沉降、侧向位移、稳定性的影响,为局部堆载的合理使用提供参考。     

复杂地质条件下盾构切削建筑物桩基群影响分析

结合广州地铁盾构隧道切削桩基下穿办公楼的工程实例,采用三维模型对复杂地质条件下盾构切桩前、切桩过程、下穿完成全过程办公楼沉降及变形响应进行有限元分析,并对比盾构下穿全过程现场实测数据.结果 表明:盾构切桩下穿办公楼过程沉降及变形在规范允许范围内,不会影响建筑物的正常使用;在盾构下穿过程后,建筑物会持续沉降约20天,沉降值较小.建议管片设计计算桩端荷载时考虑桩侧摩阻力受盾构影响的损失,以保证管片结构及建筑物的安全.     

滨海软土地区隔离桩用于控制侧向堆载引起的铁路路基位移的研究

福州可门港大桥货场扩建工程使铁路桥梁桩基、路基面临大面积侧向堆载问题。采用有限差分软件分析已加固滨海软土地层桩网铁路路基的侧向位移,以及隔离桩对软土侧向位移特性的影响。结果表明:未施作隔离桩时,8 m高侧向堆载引起软土层侧向位移达124 mm;采用单排隔离桩减少软土位移约15%~30%,采用双排隔离桩减少软土位移约60%~80%;当堆载高度增加时,单、双排桩隔离效果均有所降低;双排隔离桩对地层位移量及位移发展速率的控制效果均优于单排隔离桩,同时桩体自身变形量较小,稳定性较好。