堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

考虑泊松效应的单桩竖向承载变形特性研究

单桩在承受上拔或下压荷载时,其桩侧极限摩阻力相差较大,桩身泊松效应是重要的影响因素之一.考虑泊松效应对桩-土界面法向应力的影响,推导得到上拔与下压荷载作用导致的桩侧极限摩阻力改变量的表达式;根据双曲线荷载传递模型,得到考虑泊松效应的的τ-z曲线;在位移协调法的基础上,通过迭代更新桩底位移使桩顶轴力与桩顶荷载相等,提出各级荷载作用下桩身位移响应的计算方法;基于Matlab开发平台编制单桩在竖向荷载作用下Q-S曲线和抗拔系数的计算程序,通过与现场试验数据对比验证了本文计算方法的可靠性.研究结果表明:单桩的抗拔系数随着桩土平均模量比的增大而增大,但其增长速率逐渐减小;随着长径比的增大,单桩的抗拔系数线性减小.随着桩土平均模量比的增大,抗拔系数受长径比的影响逐渐减小,当桩土平均模量比为6000时,抗拔系数几乎不随长径比的改变而变化.     

基坑开挖引起复合地基下卧双线地铁隧道附加荷载的计算研究

为研究基坑开挖时复合地基及竖向、横向"双洞效应"对下卧双线地铁隧道竖向、横向附加荷载的影响,基于Mindlin应力解,得到在复合地基侧摩阻力作用下隧道轴线上的竖向、横向附加荷载,通过迭代法计算得到"双洞效应"引起隧道轴线上的竖向、横向附加荷载,借助竖向、横向总附加荷载引起的隧道位移对比验证,并分析隧道位置改变对侧摩阻力和"双洞效应"引起隧道竖向、横向附加荷载的影响。研究结果表明:侧摩阻力和"双洞效应"对隧道竖向、横向附加荷载的影响是不可忽略的,其影响主要表现为减小隧道的竖向、横向总附加荷载,且影响范围不变;在施工条件和规范容许范围内,应尽量减小双线隧道之间的距离,以及增大隧道与基坑中点的距离;当需要严谨精确地计算小净距地铁隧道"双洞效应"引起的附加荷载时,必须选用迭代法计算。     

桥梁群桩基础抗震简化计算模型的适用性研究

本文对群桩基础常用的抗震简化计算模型进行对比分析,指出各计算模型间的差异。在此基础上,提出改进的分层文克尔弹簧模型,并在该模型中采用桩身的等效面积比η间接考虑桩侧摩阻力和桩底土竖向抗力的影响。分析结果表明:应用集中弹簧模型模拟桩基础的柔性效应时,应考虑耦联刚度的影响;应用分层文克尔弹簧模型模拟群桩基础的桩土相互作用时,应考虑桩侧摩阻力和桩底土抗力的影响;在改进的分层文克尔弹簧模型中,桩身的等效面积比η随桩长及桩底土竖向地基系数的增加而增大,随桩径的增加而减小,且η值越大,对桥墩及桩基础的地震响应影响越大,只有当η接近1.0时,方可采用分层文克尔弹簧模型进行抗震分析。     

碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析

为进一步明确碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理,本文建立无加固措施、碎石桩加固、抗滑桩加固及碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的FLAC3D数值分析模型,研究4种工况土体的水平位移、竖向沉降及抗滑桩桩身内力与变形。结合正交设计方法,探讨斜坡软弱层土体重度、黏聚力和内摩擦角对抗滑桩桩身最大弯矩的影响权重排序。碎石桩、抗滑桩加固斜坡软弱地基分别可以明显约束竖向沉降、水平位移,而碎石桩与抗滑桩联合加固能同时削减竖向沉降及水平位移。碎石桩加固斜坡软弱地基,潜在滑动面一定程度上移;联合加固时抗滑桩桩身内力及变形较直接进行抗滑桩加固有较大幅度衰减,斜坡软弱层土体内摩擦角的变化对抗滑桩桩身最大弯矩的影响远大于黏聚力与重度变化。所获结论有益于碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤时抗滑桩设计技术改善。     

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。     

考虑摩阻效应的弹性地基梁幂级数解

基于Winkler地基模型,假定地基梁与地基土体间的摩阻力沿有限梁长呈线性分布,考虑弹性地基梁与地基土体之间的水平摩阻效应,建立集中荷载作用下地基梁挠曲变形及内力计算模型和相应的变形控制微分方程.采用幂级数法,分别给出计算弹性地基梁竖向挠曲变形、转角、弯矩、剪力的幂级数半解析解.将本文方法与传统弹性地基梁法进行比较以验证本文方法的可行性,并进一步分析梁土间摩阻效应对弹性地基梁位移及内力的影响.分析结果表明,梁土接触面上的摩阻力对地基梁的位移及内力有一定程度影响,且地基土越坚硬,梁土接触面越粗糙,该摩阻效应对梁位移及内力的影响也就越大.     

风化软岩地区嵌岩桩承载力自平衡试验研究

为研究风化软岩段桩基侧摩阻力承载特性和桩基安全性,采用自平衡试桩法对某工程水稳性较差的风化软岩段3根试桩进行测试分析。结果表明:自平衡法试桩荷载箱上部桩与传统静载法试桩的桩身受力方向相反,前者比后者端阻力发挥更充分;在2倍设计荷载作用下桩顶等效竖向位移较小,桩身侧摩阻力、端阻力大部分未充分发挥,实测桩侧摩阻力可能比勘察提供的侧摩阻力值大;按照经验法和简化法得到的3根试桩的计算安全系数差别较小,均大于2.2,验证了试桩的安全性和自平衡方法的可靠性。     

大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性现场试验研究

通过无锡市地铁1号线高架桥段钻孔灌注桩试桩工程的现场静荷载试验及其桩身应力测试结果,分析层状地基中大直径超长钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的荷载传递规律。试验结果表明:大直径超长钻孔灌注桩的荷载-沉降曲线无明显拐点,属缓变型;桩端承载力仅分担了桩顶最大加载值的6.8%,该试桩承载特征为典型的摩擦桩;桩身侧摩阻力与桩端阻力并不是同步发挥的,且两者之间相互影响;桩侧摩阻力呈由上而下逐步发挥的变化趋势;在具有相似物理力学特征的土层中,埋深对桩侧摩阻力的影响较显著,部分土层中桩侧摩阻力的实测值与规范的推荐值有明显差异。     

支座摩阻力对高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用的影响

运用ANSYS软件，建立某高速铁路大跨径悬索桥桥梁-轨道-塔墩空间有限元分析模型，采用组合弹簧模拟滑动支座，通过计入滑动支座摩阻力前后悬索桥桥梁-轨道系统的纵向附加力对比分析，研究支座摩阻力对梁轨相互作用的影响。结果表明：滑动支座摩阻力对大跨度悬索桥的制动附加力、偏载下的挠曲附加力和断轨附加力的影响比较显著，对伸缩附加力和对称加载下的挠曲附加力的影响较小；当摩阻系数分别为0.03,0.05和0.1时，偏载下钢轨最大挠曲附加应力分别是不计摩阻力时的58.65%,54.67%和53.39%，对称加载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的72.85%,71.87%和71.01%，偏载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的42.28%,39.80%和37.67%；随着摩阻系数的增大，钢轨的制动附加应力、偏载下的挠曲附加应力和断轨后钢轨断缝宽度均呈不断减小趋势，而主塔和活动墩的墩顶水平力则呈不断增大趋势。     

昆山南站站房改造工程对既有高铁桥梁安全影响分析

结合昆山南高架站站房改造工程,通过ABAQUS软件建立有限元实体分析模型,研究新建结构物对邻近高铁桥梁桥墩、基础承载力、变形的影响。通过数值分析,得出以下结论:(1)昆山南站新增建筑结构建成后,既有高铁桥墩墩身承载力、局部应力仍满足规范要求;(2)新建桩基从施工到上部荷载加载过程中,对邻近高铁桥既有桩基的摩阻力、剪力和弯矩影响不大,对桩身轴力,上部荷载加载后则有明显增加。桥墩发生向新增建筑区域倾倒的变形趋势,但桥墩墩顶水平位移和竖向沉降的变化值不大于控制限值1 mm;(3)水泥搅拌桩对地基有加固作用,但其施工时会对桥梁桩基产生不利影响,应保证搅拌桩与桥墩桩基有一定安全距离。     

地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

南京长江大桥铰轴滑板支座和辊轴支座使用性能研究

通过剖析3跨连续梁远端支座位移产生缘由并结合南京长江大桥测试结果,给出计算三跨及多跨连续梁结构远端支座位移结构校验系数的相对位移法。通过南京长江大桥正桥4号墩铰轴滑板支座和7号墩辊轴支座的实测位移量对比分析可知:在相同自重或列车荷载作用下,铰轴滑板支座产生的水平摩阻力较辊轴支座大;铁路客车产生的支座水平推力不足以克服铰轴滑板支座的最大静摩阻力,支座基本不动;当桥上列车荷载产生的支座水平力足以克服铰轴滑板支座的最大静摩阻力时,铰轴滑板支座产生移动,但因其水平摩阻力大于辊轴支座,所以其位移量小于辊轴支座,两者位移量随桥上列车荷载的增加而增加,但两者差值基本保持稳定。     

高速铁路采空区群桩受力机理数值模拟

对高速铁路采空区桥梁群桩基础的受力机理研究,目前还非常少见。以合肥至福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型,通过数值模拟获得群桩受力规律。研究表明:随着荷载增大,桩上部轴力变化明显,桩身轴力沿深度逐渐减小,在采空巷道内桩身轴力不变,所有桩均为端承摩擦桩;桩侧摩阻力沿桩身先增大后减小,整个桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心比未穿越采空区的桩下移深度略深;承台下中部的桩间土应力要大于承台边角位置的桩间土应力,随着荷载增大,桩间土应力增长速率小于桩顶应力,桩身开始承担更多荷载。     

铁路桥梁钻孔桩的可靠度设计研究

结合铁路桥梁地基基础的可靠度规范改革，根据铁路桥跨荷载标准，应用随机场理论和“校准法”计算了现行桥规中钻孔灌注桩定值设计法的可靠度水准。对各类土层的单位极限摩擦力，端阻力及桩径进行了计算和变异性分析，根据铁路桥跨荷载分项系数，计算了钻孔桩承力的分项系数，总侧阻力及端阻力的分项系数。     

桥梁转体施工球铰竖转摩阻力矩精确计算方法

为得到平转桥竖转摩阻力矩精确计算值,根据球铰受力机理,建立球铰竖转摩阻力矩空间计算模型,推导出新的球铰摩阻力矩计算公式。通过10多座转体桥不平衡重称重试验实测的最大静摩阻力矩,反算得到最大静摩擦因数。将之与由竖转试验实测启动力反算得到的最大静摩擦因数进行对比分析,结果表明两者一致性很好,从而验证了新公式的准确性和合理性。     

深厚软土桥梁桩基荷载传递特性及沉降控制效果研究

通过杭甬铁路客运专线柯桥特大桥单桩静载试验,桩身应变、桩身压缩量及桥墩沉降的测试,研究深厚软土地区桥梁桩基的荷载传递特性及沉降控制效果。结果表明:桩侧摩阻力先于桩端阻力发挥作用;尽管桩端置于强风化凝灰质砂岩上,但在试验荷载下2根超长试验桩的端承比均小于1.5%,桩的承载特性表现为摩擦桩的性质;单桩静载试验实测的桩身压缩量占桩顶沉降量的85%以上;桥墩浇筑完成后经过753d的沉降观测,2个试验墩实测沉降量分别为3.00和3.41mm,其中,无砟轨道铺设后300d的实测沉降分别为0.11和0.25mm,表明在深厚软土地区采用超长钻孔灌注桩控制桥梁基础沉降的效果显著。     

高速铁路大直径桩基础水平承载力机理研究

结合连镇铁路新沂河特大桥试桩工程,通过单向多循环加载法对桩端自由的PHC管桩和钻孔灌注桩进行水平承载力试验得出地基土水平抗力系数的比例系数m值;采用有限元软件对钻孔灌注桩进行数值模拟得出沿桩长范围的剪力、弯矩、位移和桩侧土抗力分布曲线。研究表明,同类地质条件下,两种桩基础工程特性不同,实际工程中可结合具体工程要求合理选择桩基础结构形式;钻孔灌注桩弯矩最大值主要分布在自桩顶1/4桩长范围内,桩身水平位移和桩侧土抗力最大值主要分布在自桩顶桩长1/8和自桩底部1/4桩长范围内。     

基于能量原理的弹性地基梁底面摩阻效应分析

针对Winkler地基模型不能考虑梁与地基底面摩阻效应的不足,在地基与梁底接触面上引入一系列各自独立的水平弹簧,假定弹簧反力即切向摩阻力与梁底和地基间的切向相对位移成正比,从能量角度出发,基于最小势能原理,建立考虑底面摩阻效应的弹性地基梁能量方程,并引入位移形函数进行求解,导出对称载荷条件下考虑切向摩阻力作用时地基梁位移及内力解答。最后通过地基梁计算实例分析,验证该解答的正确性和合理性,并对相关计算参数进行深入探讨。计算结果表明:切向摩阻力沿梁长呈非线性分布,其对地基梁挠度及弯矩计算的影响较大,而对剪力的影响并不强烈。