陡坡段桩柱式桥梁基桩受力分析及工程应用

在西部山区陡坡段桩柱式桥梁基桩应用非常广泛,而相关的设计计算方法比较落后。与平地上的桥梁基桩相比,陡坡段桩柱式桥梁基桩的承载状况更为复杂。根据陡坡段桩柱式桥梁基础的受力特点,建立了相应的简化受力模型,并以此为基础,导得了各特征桩段的挠曲变形微分方程及其内力与变形分析的幂级数解答。实际工程计算表明,本文计算方法与规范法吻合较好,最大误差不足10％,且能够考虑了基桩的P-△效应,设计偏于安全。在考虑滑坡推力作用的情况下,基桩内力与变形成倍增长,桩端未平衡弯矩较大。为确保施工安全及工后桥梁正常使用,必须对桥位处边坡进行局部的防护加固,以改善坡体与基桩的相互作用。     

桥梁基桩屈曲机理及其分析方法

讨论了基桩屈曲分析的现有方法,进而在分析基桩屈曲机理的基础上,将桩身视为考虑几何非线性的空间梁单元,利用更新的拉格朗日坐标体系建立有限元方程,并采用弧长控制法求解有限元非线性方程组,对基桩屈曲的几何非线性有限元分析进行了探讨.利用Matlab语言编制了相应的计算程序,以现场木桩压屈试验作为计算实例进行比较,计算表明,程序的计算结果吻合较好,可用于基桩屈曲的几何非线性分析.此外计算表明,地基系数对屈曲荷载的影响明显,随着地基系数的增大,基桩的屈曲荷载也随之增大.     

桥梁基桩屈曲机理及其分析方法

讨论了基桩屈曲分析的现有方法，进而在分析基桩屈曲机理的基础上，将桩身视为考虑几何非线性的空间梁单元，利用更新的拉格朗日坐标体系建立有限元方程，并采用弧长控制法求解有限元非线性方程组，对基桩屈曲的几何非线性有限元分析进行了探讨。利用Matlab语言编制了相应的计算程序，以现场木桩压屈试验作为计算实例进行比较，计算表明，程序的计算结果吻合较好，可用于基桩屈曲的几何非线性分析。此外计算表明，地基系数对屈曲荷载的影响明显，随着地基系数的增大，基桩的屈曲荷载也随之增大。     

岩质边坡桩柱式桥墩的受力分析研究

岩质边坡上桥梁基桩具有承重与阻滑双重功能,其受力性状远比抗滑桩和平地上两侧无坡度的单一倾斜受荷桩要复杂得多。本文在探讨和总结了桩柱式桥礅双排桩的受力特点和计算方法的基础上,采用大型通用非线性有限元分析软件MSC．Marc对其进行数值模拟,建立了岩质边坡桥梁双排基桩三维有限元计算模型,通过计算得到了岩质边坡的应力分布情况。由于桩柱式桥墩桩顶横向连梁对桩顶的约束作用,桩身变形特征也发生了明显变化,桩柱式桥墩前、后两根基桩的侧移曲线均有桩顶弹嵌的特征,使得桩身受力更加合理,对桩身材料强度的要求相对有所降低;此外,以该模型为基础,分别分析了基桩间距变化、桩体刚度变化、嵌岩深度变化及桩周岩（土）体性质变化对桩柱式桥礅双排桩受力及位移的影响,其计算结果可用于指导岩质边坡桥梁基桩的设计及施工。     

岩质边坡桩柱式桥墩的受力分析研究

岩质边坡上桥梁基桩具有承重与阻滑双重功能,其受力性状远比抗滑桩和平地上两侧无坡度的单一倾斜受荷桩要复杂得多.本文在探讨和总结了桩柱式桥礅双排桩的受力特点和计算方法的基础上,采用大型通用非线性有限元分析软件MSC.Marc对其进行数值模拟,建立了岩质边坡桥梁双排基桩三维有限元计算模型,通过计算得到了岩质边坡的应力分布情况.由于桩柱式桥墩桩顶横向连梁对桩顶的约束作用,桩身变形特征也发生了明显变化,桩柱式桥墩前、后两根基桩的侧移曲线均有桩顶弹嵌的特征,使得桩身受力更加合理,对桩身材料强度的要求相对有所降低;此外,以该模型为基础,分别分析了基桩间距变化、桩体刚度变化、嵌岩深度变化及桩周岩(土)体性质变化对桩柱式桥礅双排桩受力及位移的影响,其计算结果可用于指导岩质边坡桥梁基桩的设计及施工.     

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。     

高陡横坡段桥梁桩基设计计算方法及工程应用

在西部山区修建公路或铁路,常需将桥梁桩基设置在高陡横坡上。与平地上的桥梁桩基相比,位于横坡上的桥梁桩基受力与变形更为复杂,而相应的设计计算方法亦落后于工程实践。在前人研究的基础上,进一步分析了高陡横坡段桥梁桩基的受力特性,建立了其受力与变形分析的简化计算模型,并借助有限差分法,对个特征桩段的挠曲变形微分方程进行求解,从而提出了高陡横坡段桥梁桩基设计计算方法。最后,以张一花高速中某桩基工程为例,分别利用规范法和本文计算方法进行计算,结果对比分析表明,本文计算方法与规范法吻合较好,而本文计算方法既能够考虑了桩顶复杂荷载的影响,又能够考虑边坡荷载的作用,由此设计的基桩更为合理安全。     

Research progress of Bearing Characteristics of Pile Column at Steep Slope in Mountain Areas

针对中国西部山区复杂工程地质条件下施工与运营过程中,陡坡桥梁桩柱承受复杂荷载作用的受力特点,首先阐述了陡坡地段常用嵌岩桩的抗滑性能及影响桩侧摩阻力与桩端阻力发挥的多种因素,着重从室内模型试验和现场试验研究及计算机数值模拟分析等方面讨论了其水平承载性状的理论计算方法与在复杂荷载条件下的应力分布与变形性状,并研究了嵌固深度的计算方法;其次对多数学者认可的陡坡双桩柱的门式框架计算模型进行了探讨,该模型争议较多问题是岩(土)体的压力分布问题;再者对长桩屈曲、桩柱高墩的稳定性与桩基陡坡的稳定性等已有的研究成果进行了分析;最后指出了山区陡坡地段桩柱需要进行深入研究的一些问题,为其工程设计与理论计算的研究及试验发展提供参考.     

新溆高速公路两江特大桥桩基受力与变形分析

新化至溆浦高速公路是位于我国西部山区。在这些地区修建高速公路时,往往会遇到一些特殊问题,如两江特大桥陡坡段桥梁桩基安全性问题。与平地上普通的桥梁桩基相比,位于陡坡上的桥梁桩基受力与变形更为复杂,现行的设计计算方法亦不能满足工程实际的需要。通过借助有限差分法,考虑边坡荷载对基桩的影响,对两江特大桥左幅19#墩桥梁桩基的受力与变形进行分析计算。计算发现,桩身最大弯矩和最大剪力作用位置基本位于强风化层和中风化层的分界面附近;考虑边坡荷载作用,计算得到的桩顶水平位移不满足变形要求,且桩身内力较大,必须对边坡进行相应的防护加固设计。     

山区桥梁柱式墩的验算分析

以河北某山区高速公路设计中的桥梁柱式桥墩为例,通过对桥墩在运营状态下各类荷载的分析,阐述墩身的受力特点,并求得其承载力强度及稳定性等设计参数,从而为后阶段设计提供理论依据,同时也为山区公路中普遍存在的桥梁柔性墩设计提供参考。     

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。     

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。     

广清高速桥梁桩基岩溶顶板安全厚度研究

以广清高速公路改扩建工程岩溶区桥梁桩基工程为研究对象,重点考虑基桩数量、桩径、溶洞尺寸等参数,构建桥基岩溶工程地质概化模型,为定量研究提供地质依据;基于力学分析与数值模拟,分别确定各模型桩基岩溶顶板最小安全厚度值,并将其与工程实际进行对比分析。结果表明:力学分析方法,在实际工程中仅可作辅助参考;数值分析方法,具有一定的工程实践意义;桩基岩溶顶板最小安全厚度一般为桩径的2.5~3.0倍。     

桥梁工程中PHC桩优化设计

为解决PHC桩在桥梁工程中的推广应用问题,采用FLAC 3D有限元软件、结合实体工程和现场试验对PHC桩桩基和承台的优化没计问题进行研究.通过分析桩长以及桩间距对群桩效应系数和承台荷载分担比的影响,得出桥梁工程中PHC桩的长径比宜为35左右,桩间距宜为3～4倍桩径.通过对承台的综合优化得出不同桩径下合理承台的有效厚度.通过实体工程应用分析得知:PHC桩用于桥梁工程是可行的,提出的PHC桩优化设计方法是合理的,桥梁工程中PHC桩承台符合“撑—系杆”设计模式.     

双荷载箱自平衡法桩基荷载试验及桩底注浆效果研究

以某大桥主墩桩基的荷载试验为例,介绍双荷载箱自平衡法桩基荷载试验的工作原理、特点,以及试验要点.根据试验结果表明,双荷载箱法在大墩位桩基试验、研究桩端注浆效果测试中具备明显的优势.该技术可以解决传统静载试验和单荷载箱试验无法解决的问题,为工程的实际应用提供了解决问题的途径,在桥梁桩基中具有广泛的应用前景.     

桥梁桩基模拟的简化方法及应用

为降低桥梁桩基模拟的计算工作量,同时又能直观反映出桩基的受力特点,采用柔度系数等代法推导给出一种简化的桩基模拟方法,可适用于弹性摩擦桩及嵌岩桩基础,并可用于桥梁的平面及空间问题分析。最后对某高桩承台进行抗船撞实例分析,分别采用简化方法和比拟杆件法对承台顶位移进行对比,误差在5%左右;对比结果也表明:在桩-土结构相互作用分析时,桩基竖向刚度对结构整体受力的影响较为显著,应引起桥梁设计人员的重视。     

桩柱式高桥墩桩基稳定性分析

基于桩柱式高桥墩桩基与一般桩基的差异,以及高桥墩桩基中桩、柱和土体共同工作的原理,建立了将桩和柱视为一个整体的分析计算模型。假设桩侧摩阻力随土层变化均匀分布,并假定桩侧土体地基反力系数随深度线性增加,由能量法得到了考虑高桥墩桩基中桩、柱材料和几何特性差异的桩土体系总势能,利用势能驻值原理导出相应的屈曲临界荷载和稳定计算长度。计算结果表明,通过改善土体性质,可提高桩柱式高桥墩桩基的稳定性能,但在柱桩刚度比较大,埋深较小时,其效果是有限的;高桥墩桩基的无量纲稳定计算长度随桩埋深的增加而增大;桩柱式高桥墩桩基可能存在一最优的柱桩刚度比,此时柱、桩、土三者共同作用体系最为协调。经与有限元数值分析结果比较发现,两者吻合很好。