基于能量法的桩柱式高桥墩-桩基结构稳定性分析

在深入研究山区高桥墩—桩基结构屈曲机理基础上,首先,根据工程实际及桩柱式高桥墩—桩基结构平面受力模式,确定出符合工程特性的框架结构简化计算模型,其次,通过研究其失稳模式及内力计算方法,求得考虑高桥墩—桩基轴向变形的转角—位移方程,并结合能量分析方法建立桩柱式高桥墩—桩基结构平面内稳定性分析方法,然后,框架结构平面外受力特点确定出其稳定性分析力学模型,进而建立出考虑竖向荷载与水平荷载共同作用时高桥墩—桩基结构平面外稳定性分析方法,工程实例分析表明,考虑高桥墩与桩基共同作用的框架结构稳定系数比高桥墩框架结构稳定系数低,符合工程实际,表明了本文所建立方法的合理性与可行性。     

桩柱式基础的屈曲机理及稳定分析

论述了桩柱式基础的屈曲稳定的影响因素,基于能量法分析河床下切对桩基稳定性的影响,建立了将桩和柱视为一个整体的分析计算模型。以广东茂名下郭大桥工程为实例,分析河床下切对桩柱式基础的稳定性。计算表明:增加对桩柱的约束长度比提高地基土的性能对提高稳定性效果会更好;对于河床下切严重的桩柱式基础,提高桩侧土的性能对改善桩柱结构的稳定性能效果不是很明显。     

桩柱式桥墩顺桥向计算长度系数的研究

受压构件的边界条件直接影响其承载能力,目前桥梁设计规范中仅考虑了理想边界条件下的桥墩计算长度,并不能完全满足实际工程设计要求。基于此,笔者提出了桩柱式桥墩的简化计算方法。首先,采用底部固结且顶端位移及转角与桩顶相等的柱来模拟桩基,采用施加于墩顶的水平与抗弯弹簧来模拟上部结构及支座对桥墩的约束,并用静力法得到简化模型的稳定方程,解此方程得到桥墩的计算长度;然后,以某工程实例为背景,分别采用有限元软件及简化方法计算得到桥墩顺桥向计算长度,两者误差在5%以内,证明了该文的简化方法结果可靠。最后,研究了地基土性质及抗推桥墩数量对桥墩计算长度的影响。     

高承台嵌岩灌注桩屈曲稳定分析的能量法统一解及工程应用

为探讨桥梁工程中高承台嵌岩灌注桩的屈曲稳定特性,假定桩侧地基反力系数呈非线性的幂分布,基于弹性地基梁理论建立桩土体系总势能方程,采用最小势能原理导得桩身屈曲临界荷载与计算长度统一法解答,并据此讨论了地基反力分布、桩身自重、桩侧摩阻力及桩顶自由长度等对桩身屈曲稳定的影响规律。工程应用结果表明,考虑地基反力的复杂分布时,桩身屈曲分析结果更趋合理。     

刚性基础下筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算模型

桩土应力比是筋箍碎石桩复合地基沉降计算中最重要的参数，但由于其涉及到桩体、土体及筋材三者之间的复杂关系且影响因素众多，目前尚无明确的计算方法。基于此，根据刚性基础下筋箍碎石桩复合地基的受力变形特征，首先通过数值模型研究筋箍碎石桩复合地基桩土应力比与荷载、埋深、筋材刚度以及桩土弹性模量比的关系。根据数值模型揭示的桩土应力比变化规律，提出一个新的桩土应力比计算模型，并依据该模型在假设桩体、土体及筋材应变协调的基础上利用弹塑性分析方法推导刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比的解析公式；基于建立的模型及计算公式探讨桩土应力比与各主要影响因素之间的关系。研究结果表明：该解析公式基于弹塑性理论分析，但也能考虑现场桩土应力比实测值，能够综合反映桩体、土体、筋材、埋深及荷载之间的相互影响作用，并且形式简单，计算方便；刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比在相同荷载水平下随埋深、筋材刚度、面积置换率、桩土弹性模量比及桩体摩擦角的增大而增大，随着荷载水平的增加则会逐渐降低并趋于稳定值；在碎石桩复合地基沉降计算中不宜采取单一的桩土应力比参数，而是应该根据荷载水平以及计算深度分层选取合适的桩土应力比作为计算参数。     

山区桥梁基桩屈曲稳定分析及工程应用

在西部山区的高速公路或铁路中,桩柱式桥梁基桩应用非常广泛,受山区水文地质环境的限制,尚不能完全将现有的桩基屈曲研究成果应用于工程实际。首先,在现有研究的基础上,根据山区桩柱式桥梁基桩的承载特性,建立了基桩屈曲稳定分析的简化模型,导得了桩—土体系的总势能函数,并利用能量法对其进行求解,从而得到了山区桩柱式桥梁基桩屈曲稳定分析的临界荷载及稳定计算长度。其次,通过已有试验的算例分析,发现本文计算结果与试验结果以及文献计算结果均吻合较好,验证了本文计算方法的可靠性。最后,以某高速公路当中的桥梁基桩为例,对其稳定性进行了验算,结果表明,在桩柱顶竖向设计荷载作用下,基桩不会出现屈曲失稳,故该设计是合理的。     

钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性影响研究

结合广中江高速公路跨江桥梁钢管混凝土复合桩工程实际,采用数值仿真方法,对滨江大桥X3-15桩基础竖向承载特性进行数值仿真计算,并与现场试验成果进行对比分析,验证了有限元模型及参数的可靠性。在此基础上,深入研究了不同钢管埋深下钢管混凝土复合桩竖向承载特性的变化规律,计算结果表明,增大钢管埋深能有效提高钢管混凝土复合桩竖向极限承载力,钢管埋深在12m范围内增加时,桩基竖向极限承载力增加较快,钢管埋深每增加4m,桩基竖向承载力增幅2.0% ~2.2% ;钢管埋深超过12m后继续增加钢管埋深,桩基竖向极限承载力增加幅度较小,钢管埋深每增加4m,桩基竖向承载力增幅1.3% ~1.4% ;钢管混凝土复合桩竖向极限承载力由钢管段侧摩阻力、钢管段以下钢筋混凝土段侧摩阻力、钢管端部变截面处端阻力和桩端阻力组成;随着刚管埋深增大,钢管混凝土复合桩总侧阻力逐渐增大,总端阻力则均有所减小,钢管埋深由4 m增加至24 m时,桩基总侧阻力增大了6 382.8kN,增幅9.3% ,桩基总端阻力减小了6 382.8kN,减幅29.8% 。     

考虑桩-土相互作用的大跨钢桁架-混凝土斜拉桥地震响应研究

对于深桩基础的半漂浮体系斜拉桥,在抗震分析中采用刚性地基进行假定处理偏不安全。为探究桩-土相互作用对斜拉桥地震响应的影响,文中结合实际工程,基于黏弹性吸收边界,通过有限元方法模拟桩-土接触行为,研究土体-桩基-桥墩-上部结构系统在地震作用下的动力响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,桥梁结构整体位移与主梁内力增加,下部结构内力减小。     

土体侧移引起桥梁结构损伤的加固对策

桥梁受滑坡体影响或桥侧堆载时土体的沉降和侧向位移对桥梁桩基受力会产生较大的影响。桩侧土在侧移土体的作用下产生水平位移并对桩基产生挤压,导致桩基发生水平位移并产生挠曲变形,进而影响到桥墩和上部结构产生一系列变位与损伤。根据结构损伤的程度,采取抗滑桩配合设置变形缝或增设排架桩,加固效果良好。     

饱和土—群桩结构共同作用体系地震反应分析中侧向边界的影响

通过数值计算,分析某典型饱和土-群桩结构共同作用体系三维地震反应分析中土层侧向远置边界设置位置的影响,探讨土层与群桩结构地震反应随土层计算范围不同而变化的规律.由分析结果得知,沿地震波输入方向土体尺寸每侧取4.5倍土层深度范围,垂直于地震波输入方向土体尺寸每侧取l倍土层深度范围,可保证饱和土体-群桩结构共同作用体系地震反应分析的精度.     

利用动刚度法评价营运高速公路桥梁桩基承载力

地震、软土侧向位移、船舶撞击、桩基施工质量不佳等均会导致营运高速公路桥梁桩基出现损伤,有必要选择合适的检测方法确定营运高速公路桥梁桩基承载力。然而,常规的静载试验较难应用于测试营运高速公路桥梁桩基的承载力。基于瞬态导纳法理论,提出利用动刚度法评价营运高速公路桥梁桩基的承载力。为了评价动刚度法的实际应用效果,将其用于检测广东省某营运高速公路特大桥桩基的承载力。采用取芯法并结合承载力验算结果对动刚度测试方法进行了验证,验证结果表明：相同类型的基桩动刚度的大小直接反应了其承载力的大小,基桩桩身质量越差,动刚度值相应越小。     

旧桥基础加固实例

杨河大桥为一座钢筋混凝土T型梁桥,桩基为直径1.2m的钻孔灌注桩,桩基嵌入中风化粉砂质泥岩,平均桩长12.5m。由于河床段上下游长期人工取砂及严重冲刷,桥墩横系梁及桩基已经外露2～4m,桩基的外包混凝土部分钢筋外露锈蚀。河床面以下4～5m均为砂砾层,如河床进一步冲刷,将严重削弱桥梁的承载能力及影响桥梁的整体稳定,为保证桥梁的安全,对基础采用微型桩托换技术进行整体加固。     

增补桩基加固法系统研究

介绍了针对桥梁下部结构的增补桩基加固法,对地基承载力不够采用在桩基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原承台,并将承台与桩顶连接在一起,以此提高基础承载力,增加基础稳定性,从适用条件、力学特点、设计计算、构造措施及工序质量控制等方面进行了系统的归纳总结,供同行参考。     

地铁车辆段软土复合地基水泥搅拌桩施工线路沉降分析

依托宁波市轨道交通5号线经堂庵跟车辆段道路工程,运用ABAQUS有限元软件计算分析地基置换率、桩土应力比、桩长及桩体刚度对3条线路有列车换算土柱荷载作用时的影响,研究软土水泥搅拌桩复合地基地铁线路沉降及其影响因素。得出最低临界置换率和最小桩长,发现桩土应力比和桩体刚度的改变对复合地基沉降量和加固影响深度的作用效果不敏感。     

预制UHPC模壳增强RC桥墩设计方法与抗震性能分析

采用预制超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）永久模壳增强普通混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,可提高其抗震能力和耐久性能,同时加快桥梁施工速度。为研究预制UHPC永久模壳对桥墩抗震性能的影响,提出了预制模壳的设计方法,分析了其对桥墩的主动增强及被动约束机理;通过参数敏感性分析,研究了UHPC永久模壳关键参数对桥墩抗震性能的影响,包括UHPC抗压和抗拉强度等材料性能参数及模壳高度和厚度等几何参数。研究结果表明：永久模壳设计厚度由UHPC抗拉强度及桥墩截面尺寸控制,核心区混凝土浇筑温度及速度对其有一定影响,浇筑温度与模壳设计厚度呈逆相关,当浇筑温度从0℃上升到30℃时,模壳厚度约减小43%,而浇筑速度与模壳厚度呈正相关,当浇筑速度从0.5 m·h^-1增加到4 m·h^-1时,模壳厚度约增加30%;预制模壳的主动增强和被动约束作用可提高RC桥墩最大承载力和耗能能力15%以上,残余变形可减小17%以上;UHPC抗压和抗拉强度对新型桥墩初始刚度、最大承载力、耗能能力等性能指标影响较小,变化量均低于6%,提高UHPC抗压强度可有效降低新型桥墩的残余变形;预制UHPC模壳厚度和高度等几何参数主要影响新型桥墩的初始刚度和残余变形,对其耗能能力和最大承载力无显著影响;研究成果可为预制UHPC永久模壳增强混凝土桥墩的设计及抗震分析提供参考依据。     

城市超宽桥的地震反应分析

以某三跨连续梁桥为工程背景,采用时程分析法,对43.5 m宽的四柱和双柱式超宽桥以及25.5 m宽的普通桥的地震反应进行分析.结果表明：双柱超宽桥主梁稳定性较差,在抗震设计时需要充分考虑主梁的扭转效应;超宽桥地震反应明显大于普通桥,其桥墩弯矩和支座剪力达到普通桥的2～4倍;四柱超宽桥横桥向地震反应起控制作用,双柱式超宽桥纵、横向地震反应均较大;桥墩的布置方式和支座的约束形式对超宽桥地震反应影响较大,双柱式超宽桥更为不利.     

矩形空心墩等效塑性铰模型

为准确计算矩形空心墩变形能力,基于弯曲、剪切和纵筋滑移三分量变形模型分析影响有效刚度和等效塑性铰长度的主要因素。通过考虑剪切变形的贡献引入空心率的影响,确定计算有效刚度和等效塑性铰长度的公式形式。通过对48根发生弯曲破坏的矩形空心墩拟静力试验结果进行回归分析,分别标定出有效刚度和等效塑性铰长度计算公式中的参数。利用基于建议公式的等效塑性铰模型计算矩形空心墩荷载-位移骨架曲线,并与另外3根试件的试验结果进行比较。基于48根矩形空心墩拟静力试验结果,对各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式进行评估。研究结果表明：矩形空心墩有效刚度随轴压比、纵筋率和剪跨比的增大而增大,随d_bf_y/（L·f_c）和空心率的增大而减小;等效塑性铰长度随墩高、截面高度、纵筋率、空心率及d_bf_y/f_c的增大而增大;利用基于建议公式的等效塑性铰模型得到的矩形空心墩荷载-位移骨架曲线与试验结果吻合较好;各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式对矩形空心墩试验结果的估计均偏于不安全,建议公式具有更高的精度和更小的离散性。     

矩形桩竖向受荷三维弹性变分解

矩形桩作为一种典型的横截面非圆形桩，通常采用等效圆形桩的近似方法来分析，未能从理论上考虑桩-土相互作用。针对该问题，结合复变函数保角变换技术提出一种适用于竖向受荷矩形桩的三维弹性变分方法。基于最小势能原理和变分法获得桩位移函数和土竖向位移传递函数的控制微分方程，为克服土体位移传递函数求解域边界形状复杂的困难，应用保角变换将桩-土接触面的复杂边界形状转化为简单边界，并获得了桩位移函数的解析解及土体竖向位移函数的半解析解。使用MATLAB软件编制相应的分析程序，并将分析得到的结果与有限元分析及现有解答进行对比。最后，对影响桩沉降的主要因素进行参数分析。研究结果表明：所得解与有限元分析结果吻合得更好，证明了所提分析方法的正确性；摩擦桩量纲一化的桩顶刚度随桩-土模量比的增加逐渐减小，当桩的长细比增加到某数值时，其对桩顶刚度的影响可忽略不计，即摩擦桩存在有效桩长；相对于摩擦桩，当桩-土模量比较大时，其对端承桩的桩顶刚度影响较小，当端承桩长细比足够大时，可转化为摩擦桩；桩顶刚度随土体泊松比先减小后增加，间接表明其不仅受土体抗剪强度的影响，而且受土体压缩性能的影响；在相同混凝土用量下，当桩-土模量比较小时，与等横截面面积圆桩相比，矩形桩的桩顶刚度明显大于圆桩，当桩-土模量比超过某数值时，二者桩顶刚度逐渐趋于一致；当桩-土模量比较小时，等横截面面积矩形桩随横截面长宽比的增加，桩顶刚度增加。     

PP-ECC用于墩底塑性铰区域的抗震性能试验

为增强桥墩的抗震能力,探讨塑性铰区域采用聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）桥墩的抗震性能和损伤容限,设计并制作3个剪跨比为7的钢筋混凝土高墩试件,其中2个桥墩试件的塑性铰区域采用不同高度的PP-ECC材料,1个普通混凝土桥墩为对比试件。基于低周反复荷载试验获得桥墩试件开裂过程、破坏形态和水平力-位移滞回曲线等试验结果,对比分析墩底潜在塑性铰区采用不同PP-ECC高度对桥墩延性、承载力、耗能以及刚度等抗震性能指标的影响,并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行对比分析。研究结果表明：与普通混凝土桥墩相比,采用PP-ECC材料可以明显改善桥墩的破坏形态,控制裂缝的宽度和发展,提高桥墩的损伤容限;局部使用PP-ECC材料可以提高桥墩的位移延性系数,该构件具有良好的变形能力和抗倒塌能力;相对普通混凝土桥墩,PP-ECC桥墩的滞回曲线面积更大且滞回环更加饱满,骨架曲线下降段较为平缓,承载能力和刚度退化缓慢,耗能能力提高了20%;PP-ECC材料高度增加1倍,桥墩位移延性系数提高了15.2%,能量耗散系数变化不大,试件的侧移刚度有一定的提高,刚度退化变缓;墩底PP-ECC材料与普通混凝土相交的界面未出现剪切滑移现象,可见PP-ECC材料的黏结性较好,可以保证2种材料协同受力,共同工作。