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。     

低周反复荷载下沉箱-垫层-桩复合基础承载性能试验

沉箱垫层桩复合基础具有良好的承载性能以及隔震性能，并且施工简单,工程造价相对低廉，是一种适用于强震区域软弱土体地基的新型桥梁深水基础形式。为了研究沉箱-垫层-桩复合基础的水平承载性能及抗震性能，设计了复合基础试验模型，进行了4组复合基础的低周反复荷载试验研究，分析了复合基础的破坏形态，选取垫层厚度、竖向荷载、地基形式为变量，研究了复合基础整体的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、强度退化、耗能能力等，并通过在沉箱顶部设置位移计、桩身贴设应变片等测试方法，单独分析了试验过程中沉箱的沉降状态及下部桩体的受力状态。试验结果表明:复合地基的使用可有效提高基础的抗震性能；在相同的循环位移下，复合基础的水平承载力、强度、刚度随着垫层厚度的增加及竖向荷载的减小而降低；采用复合地基的基础单圈耗能能力更强，累积耗能更高；垫层厚度的增加对沉箱沉降及倾角控制影响并不明显；竖向力的减小会导致沉箱出现的倾角更大；复合地基会使沉箱的沉降更为均匀，沉降速率更慢，但对于倾覆控制影响不大；复合地基中的群桩以前排桩承担的水平荷载最多，中排桩次之，后排桩最少，中桩承担的水平荷载略高于边桩；桩身最大弯矩位置在40%~50%桩长处；垫层的存在有效地减小了桩体分担的水平荷载。     

桩筏连接形式对劲芯复合桩地震响应影响试验研究

为揭示桩筏连接形式对可液化地基中劲芯复合桩地震响应的影响规律,采用1g振动台开展了连接式和非连接式复合桩桩筏基础的模型试验研究,对比分析了2组试验工况中模型体系的固有频率和阻尼比、试验场地宏观现象、土体的超孔压和加速度、上部结构的加速度和位移、桩身弯矩等动力响应。2种工况中均输入不同地震动强度的El Centro地震波。试验结果表明：非连接式桩筏（DPR）工况中模型体系的固有频率小于连接式桩筏（CPR）工况的固有频率,而DPR工况的阻尼比大于CPR工况;采用DPR基础可减轻地基土体的液化程度,其超孔压比峰值比CPR工况最大可减少19.3%;在不同地震动强度下,中粗砂垫层的隔震效应使得DPR工况中地基土体和上部结构的加速度反应均低于CPR工况,0.4g El Centro波输入时,DPR工况中上部结构加速度放大系数比CPR工况减少13.5%;DPR基础的整体性和刚度相对较差,导致DPR工况上部结构侧向位移和筏板沉降均较CPR工况增加50%以上;地基液化导致桩身弯矩急剧增大,CPR工况中复合桩的最大弯矩出现在桩头,而DPR工况中桩身弯矩峰值出现在距桩头1/3~1/2桩长处,且DPR工况中桩基弯矩峰值较CPR工况减少近50%。因此,桩筏连接形式差异对劲芯复合桩地震响应影响显著,研究成果可为液化土层中劲芯复合桩桩筏基础的抗震设计与研究提供参考。     

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。     

设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础承载性能研究

为提高深水、厚覆盖层、强风、巨浪等复杂环境条件下跨海特大型桥梁深水基础的承载能力，针对琼州海峡跨海大桥主通航孔2×1 500 m三塔斜拉桥的中塔基础，提出了设置裙筒与半刚性连接桩的新型沉箱复合基础的设计方案及施工工艺。该新型沉箱复合基础由底部周圈带有裙筒的沉箱、打入地基中的钢管桩与后注浆垫层组成，其能够降低沉箱复合基础对水下垫层平整度和裙筒入土深度的要求，提高施工效率和质量。为进一步研究其承载性能，通过数值模拟和模型试验分别开展了沉箱基础、设置半刚性连接桩的沉箱复合基础、设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础等3种基础方案在竖向荷载、竖向与水平向组合荷载作用下的受力性能研究。研究结果表明：设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础具有优越的竖向和水平向承载能力，其在竖向荷载作用下，通过后注浆形成的碎石混凝土垫层强度较高且处于裙筒侧向约束状态，可将上部竖向荷载传递至裙筒、群桩基础和桩间土，并通过裙筒和群桩基础传至到地基深部，从而有效提高了软弱厚覆盖层地基中沉箱基础的竖向承载力并可减小基础沉降；在竖向和水平向荷载的组合作用下，裙筒能够充分调动筒内外浅层土体的水平抗力，半刚性连接桩则驱动塑性区向深处延伸，从而有效提高了基础的水平向承载能力并减小水平位移。研究成果可为琼州海峡等跨海通道的特大型桥梁深水基础建设提供重要参考。     

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。     

沉箱-垫层-桩复合基础竖向特性的细观试验

为了分析沉箱-垫层-桩复合基础的竖向受力特性,以深水桥梁桩箱基础试验模型为背景,针对3组不同级配砂石垫层,进行了桩箱基础竖向承载特性试验。通过在沉箱顶部施加竖向荷载、桩身埋设应变片、土压力计以及位移计等测试方法,并在试验过程中采用粒子图像测速(PIV)技术进行连续跟踪拍摄,得到桩身侧摩阻力、桩顶刺入量、砂石流动趋势及垫层孔隙率等变化规律,利用图像处理技术获取了土体颗粒位移场,并采用颗粒流程序PFC~(2D)对该复合基础应力传递方式和孔隙率等细观特性进行补充分析。研究结果表明:砂石垫层颗粒级配对桩顶刺入量有较大影响,由粗集料和良好级配骨料砂石构成的垫层可有效减小桩顶刺入量;沉箱下沉时,桩身中性点位置从0.4L处下移到0.7L处,同时桩顶区域孔隙率由29.2%降低至11.2%,下降幅度较为明显,表明其颗粒被挤压密实形成核心区,与数字图像处理得出的土体位移场形态相吻合;PFC~(2D)程序分析结果与室内模拟的规律较为一致,沉箱刃脚处土体孔隙率经历了先下降后升高的过程,表现出土体的剪胀特性,而桩顶处土体孔隙率值持续降低,形成桩顶核心压密区。研究成果可为深水桥梁桩箱基础设计提供参考。     

双向地震作用下的双排桩边坡力学性状研究

以门式双排桩为例,运用有限元数值软件,研究了水平向和竖直向地震共同作用下双排桩边坡的破坏形态和受力性状。三维模型中,土体采用弹塑性本构模型,桩假定为线弹性,桩土之间设置接触单元。通过研究,得出如下结论:(1)双向地震荷载作用下,桩身受力最大值出现时刻为4.66s处;桩身弯矩沿桩身向下呈S型布,桩身剪力沿桩身向下呈抛物线型分布。(2)随着地震荷载的逐渐增大,桩身最大弯矩剪力值亦逐渐增大;当地震荷载从0.4g增大至破坏前工况时,动力作用下附加弯矩剪力增幅急剧增大。在整个过程中,后排桩弯矩剪力最大值始终大于前排桩受力最大值。(3)双向地震荷载作用下,随着地震荷载的逐渐增大,边坡最大土体位移从静力作用时的46.3mm增大到0.4g时的51.6mm;同一排桩桩顶与桩顶之间土体位移也逐渐增大,从抗滑桩之间滑移的趋势越明显,边坡越不安全;等效塑性应变分布带从坡顶附近滑带处扩展到边坡滑带中下部,坡顶附近的最大塑性应变值逐渐增大,从静力作用时的0.04增大到0.10,趋近临界状态。     

软基路堤加筋垫层与竖向加固桩作用模式数值分析

软土地基的承载力和稳定性一直是国内外重点关注的问题,但多停留在试验与理论研究和施工方法,对软土地基加固作用模式的研究较少。为研究加筋垫层与竖向加固桩作用模式,文中采用有限元软件对加筋垫层与竖向加固桩复合增强软基路堤进行数值分析。结果表明,加筋垫层与竖向加固桩复合增强软基路堤具有较高的刚度和抗剪切破坏能力,能提高软土路堤的极限承载力和限制土体侧向变形的能力,特别是对软土地基的水平位移有明显约束作用;加筋垫层与竖向加固桩可降低软基路堤沉降,提高软基路堤的稳定性。     

水平循环荷载下饱和软土地基单桩基础模型试验研究

通过水平循环加载装置对某工程饱和软土地基单桩基础开展了水平循环荷载模型试验研究,探讨单桩基础的水平承载力和循环变形特性。结果表明:①桩周地基土体有不同形态的裂缝,桩周土软化后上部地基土会丧失部分承载力,危及桩基及上部结构的安全;②随着循环次数增加,桩身位移逐渐增大,建立了一种新的桩基位移预测计算模型,可根据该模型推算循环荷载条件下的桩基位移;③桩身最大弯矩值也随着循环加载次数的增加而显著增大,最大弯矩点出现于桩身的（3～4） D深度处。建议在设计规范中应充分考虑桩身弯矩的循环累积增大效应,在设计时应有足够的安全系数。     

基于m法的高承台桩复合受力计算分析

为分析高承台桩竖向荷载对水平承载性能的影响,考虑桩身摩阻力、桩身自重及土抗力的影响,从弹性桩的挠曲微分方程出发,假定均匀地基土地基系数按m法线性增大,推导了在水平荷载、竖向荷载及弯矩共同作用下基桩的内力和位移的幂级数解答。结果表明:在桩头自由长度较小的情况下,竖向荷载的作用能稍微提高管桩的水平承载性能,随着自由长度的增加,竖向荷载的作用引起基桩的P-Δ效应,但影响不大,可忽略不计。     

盾构隧道施工对邻近立交桥桩基位移及应力影响分析

以某隧道工程下穿高架桥为研究对象,分析了隧道开挖对邻近桥梁桩基的位移、剪力和弯矩等的影响规律。结果表明:隧道开挖对桩基的横向位移和纵向位移影响较小,最大横、纵向位移均小于规范规定的4 mm;桩基离盾构开挖面越远,受到的影响越小;隧道掘进过程中对桩体的轴力、剪力和弯矩影响较大,因此,在隧道施工过程中应对邻近桩体采取一定的加固措施以保证施工顺利推进。     

桥侧大面积堆土致斜交梁桥倒塌事故分析

以杭州绕城高速上发生垮塌的斜交桥梁为案例，通过现场调查取证，获取了案例桥施工图纸、地质情况和现场的破坏信息。在此基础上，采用摩尔-库仑模型模拟土体的弹塑性性质，用实体单元来模拟盖梁、承台、桥墩、桩基等桥梁结构，用不同区域的均布荷载来模拟堆载作用，并且设置接触单元来考虑桩-土相互作用，模拟桩-土之间的滑移和分离，建立三维有限元模型。同时研究了土体的物理参数（淤泥层和亚黏土层弹性模量）、堆载高度和斜交角对桥梁结构的影响。研究结果表明：大面积堆土导致近堆土侧桥墩、桩基发生比远堆土侧更大的位移，对于斜交桥，该位移方向与两侧桥墩连线即盖梁的方向成一定角度，从而导致近侧桥墩、桩基在轴力、弯矩和剪力外，需要承受较大的扭矩；随着斜交角从0°增加到40°，近侧桥墩、桩基承受的扭矩持续增大，扭矩逐步成为控制桩基破坏的主要因素；堆载引起淤泥层的沉降会导致该部分土层产生较大的负摩阻力，进一步改变了桩身轴力的分布；土体的弹性模量、堆土高度对桥梁在堆载作用下的横向位移和内力有很大影响；杭州绕城高速垮塌的主要原因是在软弱层上堆土导致桩基发生压、弯、剪、扭破坏。     

整体式桥台-桩基-土相互作用内力计算方法研究

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛的应用与推广。以某整体桥为工程背景，设计制作了桥台-桩基结构试验模型，开展了整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验，主要研究了桥台和桩基的应变、弯矩与剪力等。试验结果表明：桥台正向移动时桩身应变呈现“酒杯”形分布，负向移动时呈现“橄榄”形分布；同时，无论是最大压应力还最大拉应力，均是正向位移荷载作用下的要明显大于负向作用下的。因此，升温时桩基的内力要大于降温时的，也即夏季高温时的H形钢桩基受力最为不利。为减小升温对桩基的不利影响，建议整体桥合龙温度取略高于年平均温度。同时，在试验研究的基础上，进行了整体式桥台和桩基的内力计算。计算结果表明：采用现有的经典台后土压力理论或桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力与试验结果均存在较大偏差，而采用黄-林法可较准确地得到台底弯矩和剪力。另外，计算结果还表明：负向加载时，采用现有计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果偏差不大，分布规律也与传统桩基的相似；但是，正向加载时，采用现有的计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果存在较大偏差，分布规律也明显不同。所提出的多项式拟合法和黄-林法能够较为准确地计算得到整体式桥台-桩基-土相互作用时的弯矩和剪力，实际工程中可采用该方法来计算整体桥的桥台和桩基内力，该方法可为中国整体桥的设计与应用提供参考和借鉴。     

红黏土的膨胀性对基坑支护结构加固的影响

为了研究红黏土对基坑的不利影响，以广西宜州市城中路地下通道商业街项目基坑支护工程为依托，运用PLAXIS有限元程序，选取合理的岩土体本构模型对基坑开挖支护过程进行数值模拟，对比分析了三种不同的结构加固方案加固前后的竖向应力、水平位移、剪力、弯矩等计算。结果表明:在不考虑红黏土膨胀的情况下，原设计已能满足变形、护壁桩承载力限值要求，但若考虑红黏土膨胀，按照原设计方案进行计算，发现桩身最大水平位移29.36 mm，桩顶位移24.87 mm，已超过21 mm的限值；在3种结构加固的方案中，方案2、方案3都无法有     

桩基施工及承载阶段对运营盾构隧道的影响

针对合肥某立交桥上跨既有盾构隧道工程，通过有限元数值模拟方法对单桩邻近隧道施工进行参数敏感性分析，并进一步研究立交桥单桥墩桩基础与双桥墩桩基础在施工及承载阶段对盾构隧道管片变形与内力的影响；通过对比分析2种立交桥跨越既有盾构隧道方式下的地表沉降、盾构隧道管片及铁轨变形，探讨2种跨越方式在工程应用中的优劣。研究结果表明： 1）单桩对邻近隧道结构的影响，随着桩长、桩径的增加而增大；随着桩隧净间距的增大而近似呈指数函数形式降低。2）当桩长与隧道埋深比值大于1时，增加桩长是减小隧道结构变形的有效途径。3）单桥墩桩基础施工阶段对盾构隧道的影响效应小于承载阶段，管片位移以沉降为主。承载阶段随着荷载的增加，横向轴力与弯矩在靠桩一侧拱腰位置变化最大，纵向轴力与弯矩在拱顶位置变化最大。4）双桥墩桩基施工及承受上部荷载时，较单桥墩而言同一管片处的沉降增大0.3 mm，水平向位移减小0.56 mm。经比较，中间无桩的跨越隧道方式更优。     

异型钢独塔斜拉桥抗震性能分析

青海省西宁市西平大街异型钢独塔斜拉桥的结构、交通荷载较为复杂。为了保证该桥的抗震安全,使项目能够顺利进行,从桥梁空间动力模型建模、摩擦摆支座模拟、地震动输入方向3个方面进行分析,完成了桥梁的建模计算。结果表明：沿纵桥向输入地震动时,边塔的轴力和剪力远大于主塔,而沿横桥向输入地震动时,主塔的轴力、剪力和弯矩均大于边塔;选用的摩擦摆减隔震支座设计减隔震起始力为竖向承载力的10%,在E2强震作用下,支座进入减隔震摆动工作状态,有效延长了结构自振周期,实现了该桥减隔震设计;伸缩缝的设置应预留足够梁体位移量,以避免地震时梁体与桥台发生碰撞;桥台与主梁之间设置黏滞阻尼器,可有效控制梁体和桥塔的纵向位移,并起到减震耗能的作用。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

铅芯橡胶支座在高烈度山区简支梁桥中的减隔震研究

高烈度山区简支梁桥的减隔震设计不可忽视。采用铅芯橡胶支座作为减隔震支座,主要研究了该减隔震支座对桥梁结构的周期、墩顶与主梁之间的位移差、墩底以及墩顶的剪力和弯矩的影响。得出的结论是：铅芯橡胶支座可以延长桥梁结构的周期,降低结构的刚度;同时可以大大减小桥墩墩顶、墩底的弯矩和剪力值,但墩顶与主梁的位移差会增大。