双排桩基悬臂式 挡土墙结构计算方法研究

基于双排桩基悬臂式挡土墙结构与传统支挡结构存在较大的差异性,通过探讨双排桩基悬臂式挡土墙结构的承载机理,提出该结构的简化分析模型以及结构内力与变形的解析计算方法,并通过典型工程的有限元建模计算,验证该计算方法的可行性。研究结果表明:双排桩基悬臂式挡土墙结构可分解为悬臂段、底板与桩基,依次采用悬臂梁模型、简支梁模型与弹性地基梁模型进行设计计算;悬臂段承受填筑体水平土压力荷载;底板承受悬臂段传递的重力、水平力与弯矩,以及上部填筑体的竖向均布土压力荷载;桩基承受荷段受水平土压力,锚固段承受由变形引起的弹性抗力;悬臂段底部、底板纵向跨中断面、底板与桩基连接处以及桩基顶部与锚固点附近为应力集中断面,设计时应注意截面安全检算;理论计算结果略大于数值计算结果,验证了该计算方法的合理性,为结构优化设计提供了思路。     

软土地基双排桩基础悬臂式挡土墙受力变形的现场测试及数值模拟分析

以成渝(成都—重庆)高速铁路内江北车站双排桩基础悬臂式挡土墙工程为例,建立三维数值模型并结合现场测试研究双排桩基础悬臂式挡土墙结构内力与变形特性,分析结构高宽比、软土厚度对结构稳定性的影响。结果表明:结构变形以水平变形为主,其中桩基变形占比较大,最大水平位移发生在悬臂式挡墙顶端;结构于桩顶、桩基锚固点处、底板连接处出现应力集中,设计时应对这些部位进行强度检算。建议结构设计高宽比取1. 6～2. 0,并根据线路的变形控制指标与地基情况采取合适的软土加固措施。     

门架式双排桩受力位移特性分析

研究目的:探求门架式双排桩桩身的内力位移分布特征及相应的设计施工技术.研究结论:(1) 在桩排距较大的情况下,门架式双排桩的前排桩的桩顶位移明显小于单排悬臂桩和无连梁的双排桩;(2) 门架式双排桩的前后排桩的最大弯矩和剪力比较接近,而且正负弯矩和剪力比较接近,表明连梁在协调前后排桩顶位移、桩身弯矩和剪力方面有明显的作用;(3) 岩土层参数的选取是影响抗滑桩结构设计的一个重要因素;(4) 门架式双排桩具有较大的侧向刚度,可以有效地限制支护结构的侧向变形;(5) 对于膨胀土边坡,在实际施工中要做到及时开挖、及时防护,以减少施工对土体含水量和土体结构带来的扰动;(6) 在实际应用中要采用数值计算与成功经验相结合的方式,以确保边坡稳定.     

桩基悬臂式挡墙在路基帮宽工程中的应用

研究目的:桩基悬臂式挡土墙充分利用了悬臂式挡土墙的构造简单、施工方便、自身重量轻的优点以及桩基础能够向深部地层传力的特点,能够较好地解决悬臂式挡土墙依靠增大基础底板尺寸来提高抗倾覆、抗滑移能力的问题,也消除了地基工后不均匀沉降对挡土墙变形稳定性的影响,但其计算方法目前尚未形成统一认识。本文参考铁路和港工等行业有关支挡及基础规范规定,深入探讨桩基悬臂挡土墙的基桩内力和变位分析方法、底板受力及内力分析方法、底板抗冲切计算方法等关键问题。研究结论:(1)基桩的内力计算和变位分析以结构单元为单位进行计算,把底板、基桩视为一个整体,在上部荷载和地基土的弹性抗力的作用下,底板、基桩、地基土协调变形,这种计算方法更能反映基桩的受力和变形情况;(2)基桩垂直挡土墙方向的间距对抵抗侧向变形影响尤为明显,因此墙趾、墙踵部位的桩至底板边缘的距离宜以满足最小构造要求为控制布桩条件;(3)底板受力分析采用替代框架法,极大的简化了计算,此计算结果是可靠的;(4)桩基悬臂式挡土墙能够避免挡墙基坑开挖、地基加固对既有路基稳定的不利影响,可大大降低施工对行车的干扰,综合经济技术效益高;(5)本研究成果可在地基承载力低、墙后施工空间受限条件下的支挡结构设计中推广使用。     

吕临(孟)铁路陡坡路堤桩基托梁挡土墙设计

吕临(孟)铁路DK39+760～DK40+402.45段陡坡路堤采用桩基托梁挡土墙收坡,根据挡土墙传到托梁上的竖向压力和水平推力、托梁的刚度、地基土的性质,选择相应的计算模型计算托梁的内力,进行托粱的结构设计;根据托梁传至桩顶的水平推力和弯矩计算锚固点以上的内力和变形,按弹性地基梁计算锚固段的桩身内力和变形,进行桩的结构设计.     

非埋式桩板结构路基水平承载试验研究

非埋式桩板结构广泛应用于我国高速铁路的建设工程中,尤其是山区陡坡段,但对该结构的水平承载特性缺乏相应的研究。以杭黄高铁陡坡段非埋式桩板结构路基为原型,通过水平承载模型试验,研究结构内力弯矩、土压力分布形式,分析结构变形规律以及路基破坏形式。研究表明:当非埋式桩板结构路基承受水平荷载时,结构内力变化以桩基为主,并且随着水平荷载的增加,桩基弯矩呈基本不变至稳步增长最后剧烈增大的趋势;结构变形以水平位移为主,最大水平位移达7.25 mm,承载板发生内高外低的翘曲变形;当水平荷载达到一定时,路基边坡发生浅层破坏与局部压溃破坏,桩板结构的桩基于桩顶处与滑动面附近产生裂缝。试验过程中,桩板结构整体稳定性良好,但在水平荷载超过一定范围时结构变形过大,因此在水平推力较大的地段应谨慎选用非埋式桩板结构路基。     

考虑边坡效应的桥梁桩基受力分析

基于边坡上桥梁桩基的受力特点,考虑边坡对桩基的土推力和土抗力效应,依据桩段的静力平衡条件,建立考虑边坡效应的桩基础静力微分方程,采用有限差分法,建立考虑边坡效应的桩基础变形和内力的计算公式。结合某铁路桥梁桩基,分析边坡效应对桩基位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的影响规律。结果表明:边坡效应使边坡上桩基的受力更为不利,与不考虑边坡效应的平地桩计算结果相比,考虑边坡效应后桩顶最大位移可增大78%,桩侧最大土压力可增大135%,并改变了潜在滑动面附近区域的弯矩和剪力分布;设计荷载下边坡上桩基的位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的包络图将不再如平地桩那样以桩轴左右对称分布,而是桩基靠近边坡外侧的数值更大;在进行桩基设计和钢筋配置时不仅需要考虑边坡效应引起的变形和内力的增大,还应考虑不同荷载方向引起的力学性能在边坡内外侧的差异。     

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。     

人字形微型桩内力计算方法

基于弹性地基梁的微型桩内力计算方法中有一种是假定上部为钢架,滑面处为固定支座,传递弯矩和剪力,滑面以下桩体按弹性地基梁法计算。本文所选微型桩同样采用组合结构计算,同时考虑滑面处变形协调,把弹性地基梁的位移和转角作为上部结构的支座位移,考虑位移对内力的影响。针对微型桩滑面处弯矩,基于FLAC3D程序,建立简化的微型桩数值计算模型,提取桩的内力并绘制弯矩图,数值模拟结果与考虑变形协调后的弯矩图更接近。     

基于极限状态法的桩板式挡土墙设计研究

研究目的:桩板式挡土墙是常用的支挡结构,桩板式挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计下,该结构的安全度并给出锚固段极限状态设计表达式。本文通过对桩板式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为桩板式挡土墙极限状态设计提供参考。研究结论:(1)桩板式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)路肩式桩板墙可靠指标分析表明,可靠指标满足或接近公众需求;(3)桩板墙可参照现行《铁路路基支挡结构设计规范》进行设计,但高边坡路堤和路堑墙应采用较大的荷载分项系数,同时设计中应注意采取减小边坡土压力的措施;(4)提出了路肩式桩板墙锚固段计算的设计表达式及分项系数建议取值;(5)该研究结论可供路肩式桩板墙设计参考。     

内昆线路基滑坡的综合整治

介绍内昆铁路DK402 425~DK403 030段不良地质路基施工中,对滑坡采取抗滑锚固桩、重力式桩间挡土墙、桩板墙及桩基托梁路肩挡土墙等措施,综合治理滑坡的施工情况。     

反力弹簧法解双排桩结构内力

双排桩反力弹簧法是在比例系数法的基础上结合排桩反力弹簧原理提出的1种新的计算双排桩结构内力的方法。采用反力弹簧模拟双排桩入土部分的土、桩共同作用问题,不同的土层选用不同刚度的弹簧进行模拟,使得双排桩支护结构简化为1个受多个弹簧约束的超静定门字形刚架,然后根据结构力学力法原理进行分析计算,即可求得双排桩结构内力。与常规的比例系数法相比较,用反力弹簧法求解双排桩结构内力,无需假设和考虑结构嵌固点,可以准确描述土的变形情况和考虑土体的分层情况。运用推导出的反力弹簧法求解双排桩结构内力计算公式,进行双排桩实例分析计算,计算得出的弯矩(应力)分布规律与现场测试结果基本吻合,说明应用反力弹簧法计算分析双排桩结构内力是可行的。     

刚架桩板式挡土墙受力分析及应用研究

针对传统桩板式挡土墙采用人工开挖桩井,工效低、施工安全风险大,锚固段无基岩或坚硬地层时桩身截面尺寸大、锚固段长、不经济等不足,提出一种新型的刚架桩板式挡土墙,该挡土墙由双排钢筋混凝土灌注桩、桩顶冠梁刚性连接、前排桩预留连接钢筋与布设的钢筋网连成整体浇筑挡土板组成。通过对刚架桩板式挡土墙的受力分析,给出此新型支挡结构的设计思路和方法;通过3处采用刚架桩板式挡土墙的工程实例与传统桩板式挡土墙的对比分析,说明刚架桩板式挡土墙在技术和经济方面具有明显的优势。     

岩质陡坡椅型桩板结构路基设计计算方法与分析

结合山区陡坡地段半填半挖路基工程,提出了椅型桩板结构与填料间相互作用的分析方法,建立了椅型桩板结构的平面刚架分析模型和计算方法,利用此方法对该结构的关键设计参数进行分析.计算结果表明:椅型桩板结构的内力极值出现于桩基与横梁的交接面、桩基与基岩的交接面附近;陡坡坡角在40°~70°时,椅型桩板结构的最优悬臂比例系数为0.4~0.6.     

填方边坡变截面桩板墙桩身内力及变形数值分析

以变截面桩板墙加固某山区填方边坡为工程背景,对支护结构的水平位移、竖直位移进行了现场监测。结合工程实际建立有限元模型,通过对实测位移结果和数值模拟位移结果的对比分析,验证模型的正确性,根据数值模拟结果,分析变截面桩板墙桩身内力及变形规律。研究结果表明:桩身弯矩从桩顶处先递增后递减,变截面处突变,距桩顶13 m处最大;桩身剪力从桩顶处先递增后递减,在13 m处为0,13 m以下反向先递增后递减,在10 m处剪力最大;桩身水平位移随距桩底距离增加而增加,变截面处较小,桩顶处最大。针对其受力变形特性,提出在桩顶与截面变化处设置连系梁,变截面处设置过渡段、控制土体压实度等变形控制措施,为后续工程设计提供参考。     

地铁施工对既有桥梁桩基的影响研究

基于桩基与土体之间相互作用的分析可知,土体变形传递到既有桩基必然会引起桩基内力和位移的改变。以北京地铁7号线双线隧道近距离穿越双井桥工程为例,采用FLAC3D三维数值模拟分析地铁双线隧道在开挖和支护过程中,邻近桩基内力与变形的变化规律,仿真结果分析表明桩基竖向沉降沿桩身变化不大,水平变形在隧道轴线位置达到最大;桩基轴力有明显的负摩阻增大区段,横向和纵向弯矩呈现S形变化规律;在隧道穿越桩基的过程中,桩基负摩阻力急剧增长会造成桩基承载力降低,施工中应采取适当的加固措施。     

地铁隧道盾构施工对桩箱建筑物影响研究

为保证地铁双线盾构隧道下穿桩箱基础建筑的安全,采用abaqus有限元软件建立计算模型,模拟不同桩长、桩径、土体损失率及不同工况下桩基和基础底板附加变形及附加内力变化规律,从而对隧道下穿桩箱基础建筑的设计提供借鉴作用。结果表明:(1)随桩长增加,底板竖向附加变形和附加弯矩逐渐变小,底板竖向附加弯矩在桩顶出现极大值;3号基桩(右线隧道左侧)随桩长增加,桩身最大水平位移、附加弯矩和附加轴力均逐渐减小。(2)随桩径增大,底板竖向附加变形逐渐减小,3号基桩附加弯矩逐渐增大。(3)随土体损失率增大,底板竖向附加变形逐渐变大,3号基桩附加弯矩逐渐变大。(4)施工完毕后,除4号桩(两隧道之间)外,其余各桩水平变形规律为靠近隧道的两排桩累积变形最大,离隧道越远,桩体变形越小,4号桩体最终附加水平变形倾向于先期开挖的左线隧道。     

上盖单塔框架结构时大底盘地铁车站的地震响应

以某上盖6层框架结构的大底盘地铁车站工程为研究背景,基于有限元软件Midas GTS-NX,建立土体-大底盘地铁车站及其上盖单塔框架结构体系的三维数值模型,分析上盖框架结构对大底盘地铁车站结构地震动力响应的影响。结果表明:在输入地震动作用下,上盖框架结构的存在增大了地铁车站结构的内力,且上盖结构层数越多,内力增幅越大;车站柱子与上盖框架结构相距越近,其弯矩幅值越大、剪力幅值越小;车站柱子横截面弯矩幅值沿柱高方向呈近似"W"形分布,车站顶板和底板弯矩幅值沿车站横向均呈锯齿状分布,但底板弯矩极值分布较均匀,车站侧墙最大弯矩发生在底部区域;车站发生的变形仍为剪切型,上盖结构的存在只改变其相对位移峰值大小,而未改变其变形模式;车站柱子的振动峰值加速度自下而上逐渐增大;对大底盘地铁车站及其上盖结构体系中的地下结构进行抗震设计时,无须考虑上盖结构对地下结构惯性力改变的影响。     

荷麻溪大桥动力特性与地震反应谱分析

研究目的:为检验双塔单索面部分斜拉桥的抗震性能,建立荷麻溪大桥的动力特性分析力学模型,运用有限元法进行动力特性与地震反应谱分析。采用标准反应谱作为输入的谱曲线,分别考虑纵向、横向和竖向输入下该桥的地震响应,研究地震作用下结构的内力和变形,分析该桥的抗震性能。研究结论:结构动力特性分析表明:荷麻溪大桥的1阶主振型为对称竖弯,因此大桥受竖向地震响应很大;桥的2阶振型为纵移,在纵向地震作用下,桥墩和主梁连接处将产生较大的弯矩和剪力。地震反应谱分析结果表明,主桥结构关键部位基本保持弹性,满足抗震设计要求。     

箱形梁正负剪力滞判别的广义力矩法

在箱形梁挠曲分析基础上,提出一种判别箱形梁正负剪力滞方法,导出用截面几何特性和广义力矩表达的判别式,结合实例判别简支箱梁、悬臂箱梁、外伸箱梁和连续箱梁正负剪力滞。与通过比较弯矩和附加弯矩之间相互关系判别方法相比,所提出方法更适合于复杂型式箱梁正负剪力滞判别。研究结果表明:箱形梁发生正剪力滞还是负剪力滞,主要取决于其横截面尺寸及弯矩与剪力滞力矩之间相对大小;对于在竖向荷载作用下有正、负弯矩分布箱梁,在反弯点附近梁段内判别式参数有"跳跃"现象;在弯矩分布呈折角处,剪力滞力矩分布比较平滑。