斜坡段桥梁基桩竖向承载特性模型试验研究

以某实际工程桩为原型,考虑坡度和桩长的影响,根据相似理论设计并完成了竖向荷载作用下斜坡段桥梁基桩室内模型试验,获得了不同坡度及不同桩长下基桩的荷载-位移曲线、桩身轴力与桩侧摩阻力沿深度的分布规律以及基桩极限承载力,据此通过非线性拟合,建立了斜坡桥梁基桩竖向承载折减系数与桩长及坡度直接的关系式。试验研究表明:竖向荷载相同时,桩顶沉降与水平位移均随坡度及桩长的增加而增大,基桩的荷载-位移曲线均无明显拐点,并呈现出因变形过大导致基桩屈曲失稳的破坏模式;斜坡效应对基桩竖向承载的影响约限于8倍桩径深度范围内;与平地桩相比,斜坡桩的桩侧摩阻力更易达到极限值,实际工程设计时应对其进行适当折减;边坡坡度越大、自由段越长,基桩竖向承载力越小。     

斜坡段桥梁基桩竖向承载力试验及数值模拟研究

以某斜坡段桥梁基桩为原型建立室内模型进行竖向承载力试验,并与三维数值模拟计算结果进行对比,分析其竖向承载特性及破坏模式。结果表明,桩顶竖向荷载相同时,基桩顶沉降量随斜坡坡度及基桩自由段长度的增加而增大,基桩的荷载位移曲线上没有出现较明显的拐点;数值模拟计算结果比模型试验结果大,但两者变化规律基本一致,其误差除60°边坡达到15.54%外,其他均在10%以内;边坡坡度越大,基桩极限承载力越小,减小幅度为5%～25%;不同坡度下基桩桩身轴力均随深度增加而减小,坡度越小减小幅度越大;斜坡基桩的竖向荷载主要由桩端承担,桩端阻力占比为70%～80%,坡度越大桩端承担的荷载比例越大;随基桩自由段长度的增加,基桩极限承载力减小,减小幅度为5%～15%;竖向荷载作用下斜坡段桥梁基桩主要表现为变形过大所导致的基桩屈曲失稳破坏。     

边坡滑移情况下陡坡段桥梁基桩受力特性影响因素对比试验研究

边坡滑移时,位于陡坡段的桥梁基桩相比抗滑桩受力特性更为复杂。在合理模拟滑动面的前提下,进行了陡坡段桥梁基桩受力特性的参数对比室内模型试验。通过获取加载过程中桩身最大弯矩、桩顶水平位移及地面处基桩变位等关键指标,对不同加载方式、基桩自由长度、基桩剐度的基桩受力特性的各主要影响因素进行了探讨。试验结果表明,基桩产生的较大弯矩与水平位移主要由水平荷载引起,桩身最大弯矩随基桩自由长度的增加急剧增长,而随基桩刚度及边坡坡度的提高增长幅度较小。研究成果对揭示陡坡段桥梁基桩与周围边坡作用规律具有一定参考价值。     

Dynamic Stability of Single Pile with High-rise Cap under Vertical Harmonic Loads

为探讨动力荷载作用下桩身的压屈稳定性,以m法考虑桩周土的横向抗力,利用能量法和Hamilton原理,基于桩顶自由、桩端嵌固边界条件下的高承台单桩基础动力稳定分析模型,建立了竖向简谐荷载下桩身动力稳定的Mathieu方程.采用三角级数求解,获得了基桩的动力不稳定区域.由此进行的参数对比分析表明,随桩土体系中桩身长径比的增加、埋置率的减小、自由长度的增加及桩周土质越趋软弱,桩身动力不稳定区域将增大,而固定荷载P0的影响则较小,这一影响规律与工程实际吻合较好.     

横向荷载对基桩竖向承载力的影响分析

为研究横向荷载时基桩竖向承载力的影响,首先利用m法假设下轴横向受荷桩桩身挠曲方程的幂级数解,得到桩周土对桩身抗力沿桩轴向的分布,在此基础上利用横向受荷桩桩侧土体应力分布弹性解,求得桩周所受法向压力的变化量,进而得到桩侧阻力极限值的变化量沿桩轴向的分布,将此变化量积分得到由横向荷载引起的桩侧极限摩阻力的变化量,由于横向荷载对桩端阻力影响不大,故此即为基桩竖向承载力的变化量,横向受荷桩的竖向承载力即为此变化值与无横向荷载作用时基桩的竖向承载力之和.然后将导得的计算公式对某试验进行分析,其结果表明计算值与实测值吻合较好.最后对横向荷载下基桩极限侧阻力变化量的影响因素进行了分析.分析结果进一步证明了横向荷载对基桩竖向承载力有一定影响,在工程设计中值得注意.     

砂土地区超长钻孔桩承载性状研究

加蓬共和国Ogooué特大桥桥位处的地层为深厚砂土层,基桩均采用钻孔灌注桩,采用数值方法研究了桩长、桩径、桩土弹模比、桩端土与桩侧土弹模比对超长钻孔桩承载性状的影响,分析了各因素下桩顶位移-荷载曲线、桩端位移-荷载曲线、桩身轴力传递、桩身压缩以及桩侧摩阻力的承载特性。结果表明:在一定桩长范围内增加桩长可提高基桩承载力,超过一定长度后增大桩长并不能提高基桩承载力;超长基桩在达到承载力时桩顶位移大,其中桩身压缩量占较大的比例,在大吨位超长基桩设计时应选择合理的长径比来提高基桩承载力;提高混凝土强度等级对增加基桩承载力较小,但能改善桩顶的沉降特性,基桩混凝土强度等级可选用C30～C35;增大桩端土的弹性模量可改善桩顶荷载-位移特性;其研究成果为砂土地区超长钻孔桩的设计与施工提供了一定的理论参考依据。     

基于FLAC3D的大直径实心桩承载性能数值模拟研究

基于FLAC3D模拟软件，对大直径实心桩竖向及横向的承载性能和变形特性进行数值模拟。深入而全面的研究了大直径实心桩的受力机理、承载性能与变形特性，得出以下结论：本次模拟的大直径实心桩的单桩承载力极限值为82000kN，单桩承载力特征值为41000kN，水平承载力极限值为1750 kN，水平承载力特征值为1000 kN。随着竖向位移的增大，桩周土体的沉降随着距离桩体距离的增大而减小，桩端土体与桩体和桩周土体相比沉降较小，模型承受荷载过程中桩身的压缩量较大。在各级荷载作用下，桩身轴力随着深度的增加而减小，至桩端处桩身轴力几乎降至为零。在施加水平荷载之后，桩顶部分的水平位移最大，随着桩体埋藏深度的增加，桩身位移迅速减小至零，桩身弯矩随着桩体埋藏深度的增大呈先增大后减小至零。     

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

考虑软化效应的滨海软土区基桩受力与变形特性分析

为探讨水平荷载作用下滨海软土区基桩受力与变形性能,首先根据滨海软土区基桩受荷特点建立相应的简化受力模型;其次,考虑滨海软土的软化效应,对现有的p-y曲线模型进行修正;据此导出滨海软土区基桩挠曲微分方程,并通过传递矩阵法对其内力及位移进行求解,获得考虑软化效应的滨海软土区基桩非线性计算方法;最后,结合相关工程案例,分析软化参数、桩径和桩体弹性模量对基桩水平承载性能的影响。研究结果表明：采用传递矩阵法对软土区水平受荷桩进行受力分析精度较高,计算效率也高,可为相关工程提供参考;软化参数每增加0.3,地面处桩身水平位移分别减小24.12%和43.04%;桩径每增加0.7 m,地面处桩身水平位移分别减小62.63%和79.65%,桩体位移及内力的影响深度随桩径增大而增大;桩体弹性模量由25.5 GPa增加到36.0 GPa时,桩身变形量分别减小了6.25%和23.06%。     

非连接式桩筏基础水平特性试验

为了给非连接式桩筏的设计与施工提供参考，针对大型桥梁工程采用的减隔震基础形式--非连接式桩筏，考虑竖向荷载、垫层厚度等因素的影响，进行了非连接式桩筏水平承载性能的室内模型试验研究。采用粒子图像测速法跟踪了土体水平位移路径，利用数字图像关联技术获得了土体位移场与剪切带，分析了竖向荷载、垫层厚度等因素对筏板水平位移、桩身弯矩和剪力分布的影响规律，提出了非连接式桩筏基础水平承载力的简化模型及计算方法，并用试验数据进行了验证。研究结果表明：竖向荷载可有效限制筏板水平位移，设置垫层可显著减小桩身弯矩及剪力，并且桩身弯矩和剪力随垫层厚度的增加而减小；土体在垫层顶部形成位移集中区，产生局部塑性变形并不断扩大，最后局部塑性变形区贯通形成完整的剪切带；非连接式桩筏基础水平承载力与竖向荷载相关，当竖向荷载较小时，其水平承载力由筏板与垫层界面摩擦力控制，当竖向荷载较大时，其水平承载力取决于垫层的水平承载力，这与图像分析获得的垫层破坏结论一致。因此，对于非连接式桩筏基础的设计及具体工程应用，可以通过调整垫层的厚度来减小桩身弯矩及剪力；所揭示的非连接式桩筏基础水平承载力变化规律可为今后大型桥梁隔震基础的设计与研究提供参考。     

软土地基水平受荷桩基础力学性能研究

通过国内不同规范和文献的对比研究以及工程实例分析,建议以桩基地面水平位移达到6 mm的水平荷载作为桩基横轴向容许承载力,或者采用建筑桩基规范桩基水平承载力公式估算。考虑到软土地基桩土作用非线性的特点,引入了NL法对水平受荷桩内力和变形进行分析,建立了软土地基桩基在水平荷载作用下的精确分析方法;在相同的水平荷载作用下,采用m法计算的水平受荷桩变形值和内力值要比采用NL法计算的数值分别增大150%、15%左右,采用m法进行水平受荷桩设计时偏于保守。     

复杂荷载下斜坡桩基承载力数值模拟研究

针对斜坡桩基受陡坡作用影响桩基前后土体不对称,侧摩阻力有所不同,容易产生安全隐患问题,对复杂荷载下斜坡桩基承载力进行数值模拟研究。在复杂荷载作用下获取水平受荷桩的挠度微分方程,采用有限单元法确定桩周土抗力及与其对应的桩身位移关系;建立数值分析模型,对桩基模型实施网格划分,计算出桩体和土体的各项参数,分析不同坡度、邻坡距和桩长条件下桩基极限承载力的变化规律和影响因素,利用数值模型确定极限上拔承载力。结果表明:在复杂荷载下,获得不同位置桩身弯矩和土体模量对桩身弯矩的改变,可通过改善土的模量提高桩的水平承载力。     

新近填土场地构支架桩基配筋优化

通过室内模型试验和ABAQUS建立桩土模型,用不同弹性模量的模型桩模拟不同配筋率的桩基,试验发现桩基弹性模量对桩顶沉降、桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置并无较大影响。由行业规范配筋要求与承载力计算公式,确定桩基配筋率与承载力的关系,分析在填土固结与桩顶施加水平荷载的条件下,桩基配筋长度对应力应变规律的影响,提出了关于新近填土场地构支架桩基的配筋优化建议。     

水平加筋与散体材料桩组合型复合地基承载力计算

研究了单层水平加筋与散体材料桩组合型复合地基的承载力计算方法。在同时考虑水平向加筋体的约束作用及桩土接触面存在剪切力的基础上,依据极限平衡条件推导出水平向加筋和散体材料桩双向组合型复合地基承载力计算公式,可以同时考虑水平加筋以及桩体和土体重力对地基承载力的贡献。通过工程实例,探讨了土体的内摩擦角、粘聚力、桩土接触面的摩擦角以及水平加筋对复合地基承载力的影响。分析结果表明,提高土体的内摩擦角、粘聚力、桩土接触面的摩擦角等可以提高复合地基承载力;其他条件相同时,桩顶设置水平加筋层后,地基承载力可以得到较大提高。     

基于Vesic圆孔扩张理论的桩周土抗力计算方法研究

随着目前城市建筑物容量的增大,对作为其主要承载构件的桩基础的承载性能提出了更高的要求。桩-土相互作用问题是桩基水平承载性能研究中必须考虑的重要内容,该问题的研究对于完善桩基础设计理论和指导工程实践具有重要意义。基于Vesic圆孔扩张理论,分析水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,根据桩身产生水平位移后桩周土应力为近似椭圆形非均匀分布的特点,综合考虑纵向应力变化、桩基整体转动和桩-土摩擦效应对桩侧土抗力的影响,建立二维平面状态下的桩-土相互作用的力学模型,以此推导水平荷载作用下的桩侧土抗力计算公式,得到基于应力增量的p-y曲线计算方法,并通过实例计算验证该方法的适用性,最后针对桩-土参数进行影响因素分析。对比所提方法的计算结果与模型试验的结果可知：将该理论方法应用于水平荷载作用下桩侧土体力学效应的计算时,计算结果和现场实测数据较吻合,尤其在桩基受荷产生较大水平位移时,两者表现出了较好的一致性。通过对桩-土参数等影响因素的计算分析,讨论了桩径、土体内摩擦角和土体变形模量等桩-土参数对桩周土体应力结果的影响,得到了桩周不同位置处土体径向应力和切向应力的变化规律。     

淤土地基灌注桩水平承载特性试验及数值计算

针对淤土地基灌注桩水平荷载作用下桩体受力特性,通过现场水平承载力破坏性试验,对不同桩长、桩径和桩基上部土体的两个试验区进行对比研究,由现场实测得到的桩体桩身轴力与弯矩分布情况,得知桩径增加和桩基上部土体改善有助于提高水平承载力,但桩径的增加对水平承载力的提高效果更为显著;利用ABAQUS数值计算对水平承载特性进行研究,并与现场试验结果进行对比分析,对比表明:现场实测数据和数值模拟的拟合程度较好,说明有限元在桩基水平承载能力研究方面具有合理性,为进一步利用有限元研究桩体水平承载力提供了一定的理论基础.     

输变电线路铁塔变截面嵌岩桩受力特性的数值模拟分析

变截面桩因具有高承载力、低造价的优点而得以广泛应用于软土场地。为了探究分层场地变截面桩适用性,以川藏联网输变电工程中广元地区铁塔桩基为例,通过数值模拟研究了相同嵌岩深度时变截面直径及嵌岩桩径对基桩竖向和水平承载特性的影响规律。结果表明:增大变截面直径和嵌岩桩径,均能提高极限承载力、控制桩顶沉降和水平位移。在竖向极限承载力方面,变截面直径存在一个最优值,该值等于扩大头直径。与等截面桩相比,变截面桩最多可以提高1.15倍竖向极限承载力,其提升作用主要表现在变截面处端阻力的增加,且基岩侧摩阻力的发挥程度也可从0     

PHC管桩的单桩竖向承载力下限解研究

单桩竖向承载力是影响桩基设计的核心内容之一。根据现场静载荷试验得到PHC管桩单桩竖向承载力，运用灰色关联理论对PHC管桩竖向承载力数据进行相关性分析，发现影响单桩竖向承载力的主要控制因素是桩长。根据夏皮洛-威尔克（Shapiro-Wilk）检验方法探究单桩竖向承载力的分布特征，发现单桩竖向承载力R在随桩长l线性拟合预测值两侧呈正态分布，得到在95 %保证率条件下单桩竖向承载力下限解方程。     

桩基竖向抗压静载试验及理论研究

依托海南产业园项目，开展了单桩竖向抗压静载试验及理论研究。首先依据规范计算单桩极限承载力的理论值，并依据CASE法承载力计算，得出桩基极限承载力测试理论值；然后给出地基土以及单桩试验检测参数值，对S-1、S-7、S-11、S-15、S-17、S-22等6根基桩进行试验研究；最后分析基桩在静载作用下承载力的变化规律，将理论值与试验值进行对比。基桩的极限承力均满足要求；在基桩桩径相同，入土深度不同的情况下，基桩沉降量随入土深度的增加呈减小趋势；桩基极限承载力理论计算值与试验值基本吻合，CASE法计算桩基极限承载力具有较高的可靠性。