承台-桩-土作用下铁路桥梁桩基础地震反应

研究目的:低桩承台桩基础是铁路桥梁广泛采用的基础形式,考虑承台-桩-土相互作用效应,对其进行精细化地震反应分析意义重大。以32 m铁路简支梁桥为研究对象,建立考虑承台-桩-土相互作用效应的单墩抗震计算模型,采用反应谱法研究承台侧向土埋深及桩侧土m值取值对桥梁动力特性及桩基础地震反应的影响规律。研究结论:(1)承台侧向土埋深对桩顶位移及桩顶剪力影响显著,增加埋深,能有效降低桩顶剪切破坏震害的发生;(2)承台侧向土埋深对桩身弯矩的大小及分布规律影响显著,随着埋深减小,横向激励下桩身弯矩最值可能同时出现在两个部位,而纵向激励下桩身弯矩最值仅出现在某一个部位;(3)同一种土层,m值取值不同,对桩顶位移及桩顶弯矩影响显著;(4)本研究成果可应用于铁路桥梁桩基础的抗震设计。     

微型桩地震动力特性数值模拟研究

微型桩是一种新型边坡支挡结构,地震中耗散能量较多,在边坡工程抗震抢险中被优先使用。目前微型桩的研究主要为静力特性的研究,对其动力特性的研究较少。运用数值软件FLAC3d对平行布置微型桩和"人"字形布置微型桩的动力学特性进行分析研究。研究表明:两类微型桩在地震作用下弯矩呈现"S"形分布特点,剪力呈现"〉"形的分布特点;当地震波峰值加速度0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较小,当地震波峰值加速度≥0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较大;"人"字形微型桩同平行微型桩相比桩身弯矩较大、剪力较小,"人"字形微型桩的抗震承载能力更强,抗震效果更佳。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

路堤桩板式挡土墙的振动台试验研究

研究目的:以西南某铁路路堤为原型,按照Bockinghamπ定理,设计路堤桩板式挡土墙振动台模型。通过振动台试验,分析桩板式挡土墙对地震加速度的位移响应规律,给出地震作用下桩的动力响应规律,同时检验加筋处治高坡度路堤的抗震效果,从而为路堤桩板结构抗震稳定性的分析与评价提供依据。研究结论:随着加速度的增大,桩顶水平位移峰值以及桩身动应变峰值随之增大;桩身最大动应力出现在土层分界面下部,并且在分界面处,分界面上部和下部在振动过程中,振动方向存在相差;在地震情况下加筋能够有效地减少土体对锚固桩的动力作用;桩板墙结构抗震稳定性能较好,能满足高烈度地震区的工程抗震设计要求。     

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。     

侧向堆载下高低承台桩受力性状的对比研究

为深入认识滨海地区侧向堆载下高低承台桩的受力特征,运用岩土三维有限差分软件FLAC3D进行数值分析,考虑了不同堆载距离和堆载高度等条件下高承台桩以及低承台桩的受力性状,对比了两者在侧向堆载作用下的位移、弯矩和轴力。分析表明:在滨海地区,侧向堆载下低承台桩身的桩顶水平位移反应较高承台敏感;高承台桩身内力受影响程度明显大于低承台桩。因此,对于高低承台桩基础的选择应该考虑各方面的因素,做到安全经济。其结论对滨海区的桩基础的设计与施工具有一定的参考价值。     

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。     

基于正交试验设计的群桩承台参数分析

为揭示大型群桩承台的传力模式及主要影响参数,建立群桩承台的有限元模型,通过分析最大压应力的传递路径,揭示群桩承台在柱下一定区域范围内存在空间桁架传力结构。借鉴统计学的正交试验设计方法,建立L25(56)正交试验表,分析混凝土强度、承台厚度、配筋率、桩间距、桩径等因素对承台承载力、桩顶内力以及承台沉降量的影响,量化各因素的影响大小。分析表明:群桩承台均存在空间桁架区域和非桁架构造区域,对于单柱结构,桁架区域成近似圆形。钢筋配筋率和承台厚度对承台承载力有显著影响;对于中心桩桩顶内力,承台厚度对中心桩桩顶内力有高度显著影响;对于承台沉降量指标,桩径、厚度及配筋率3个因素为高度显著影响因素。文章研究成果对群桩承台的设计具有一定的参考价值。     

基于承台消弯作用的新型桩板墙结构

铁路工程中桩板墙结构变形控制标准严格，在土质地基条件下桩结构设计尺寸较大，成本普遍偏高。针对传统桩板墙受力变形特点，提出一种基于承台消弯作用的新型桩板墙结构，并采用矩阵传递法分析其力学性能及经济效益。结果表明：新型桩板墙结构在桩身锚固点引入承台，利用填土自重大幅度降低锚固段弯矩，可有效减小桩顶水平位移；结构尺寸相同时，与传统桩板墙结构相比，新型结构锚固段最大弯矩降低67%，桩顶水平位移减小61%，桩身所受最大土反力减小57%；土质地基条件下，新型结构最大填高由传统结构的12 m提升至16 m，承台设计长度宜为0.46～0.48倍填高；新型桩板墙结构综合工程造价仅为传统结构的50%，经济效益显著；新型结构锚固桩桩井可由人工挖孔优化为机械成孔，在提高施工效率的同时可降低安全风险。     

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。