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。     

地震作用下饱和砂土中斜桩基础动力特性振动台试验研究

斜桩基础的抗震性能一直受到岩土工程抗震研究的关注,但目前饱和砂土中斜桩基础的抗震性能研究较为空白.为此,开展几何相似比为1:15的饱和砂土中斜、直桩振动台对比试验,考虑上部结构-桩基-饱和砂土动力相互作用,输入3种频谱特性不同的地震波,从上部结构水平加速度、承台水平加速度、承台旋转加速度、桩顶剪力和桩身弯矩5个方面探讨斜桩基础的抗震性能.试验结果表明:斜桩基础具有更大的水平向刚度,能够有效减小上部结构和承台的水平加速度,且对承台水平振动的削弱作用是上部结构的2倍;在地震作用下,斜桩承台发生明显的旋转振动现象,其旋转振动程度大于直桩;斜桩的桩顶剪力小于直桩,其抗震效率对地震波频谱特性不敏感;斜桩的最大弯矩均出现在桩顶位置,输入地震波的频谱特性是斜桩最大弯矩的重要影响因素之一.综合比较,饱和砂土中斜桩基础在抗震性能方面优于直桩基础,但应该重视斜桩承台的旋转振动和桩身抗弯设计.本研究可为斜桩基础在类似工程中的推广与应用提供重要参考.     

侧方堆载作用下高架桥群桩基础变形分析

针对一城际铁路由于侧向堆载而使桥墩产生侧向变形的案例,利用三维有限元软件PLAXIS 3D建立堆载-土-结构相互作用有限元模型,并通过离心机试验与现场实测结果加以验证,从而分析侧向堆载作用下桩与土的沉降、变形及桩身弯矩、轴力分布规律。首先建立了桩与承台铰接、固接的2种模型,计算得出2种工况下桩的受力与变形,现场实测墩顶中心侧向位移介于二者之间。其次分别建立桩端自由与桩端固定情况的桩基模型,计算结果表明2种情况下承台倾斜方向相反。最后对该客专高架桥桩基进行抗弯承载力检算,推断该处桩已经发生剪切破坏,并给出了不同堆载高度下堆载的安全距离。     

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。     

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.     

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。     

贵广铁路东平水道特大桥抗震设计研究

东平水道特大桥主桥双线铁路(85.75+286+85.75)m钢桁架拱桥,为国内首座该类型铁路桥梁。桥位处抗震设防烈度为7度,主桥的地震设防为设计关键。建立主桥三维有限元抗震模型,详细研究在33号活动墩墩顶不设置或设置液体黏滞阻尼器装置对主桥的抗震影响效果,采用反应谱和时程两种分析方法,对抗震分析结果进行比较。结果表明:(1)地震反应不控制钢桁架拱桥和桥墩身结构设计,仅控制桩基础设计;(2)33号活动墩墩梁间设置纵向减隔震液体黏滞阻尼器,对32号固定墩纵向抗震响应影响不大,效果不明显;(3)给出的最小配筋率均能满足各桥墩桩基础抗震验算及预期的抗震要求。     

铁路桥梁桩基础抗震性能拟静力试验研究

为了研究群桩基础在水平荷载作用下地基土及桩身进入非线性状态后桩身内力变化过程和应力分布规律,通过对群桩基础缩尺比例模型进行拟静力试验,分析研究桩基础的破坏机制、承载能力及桩身应力分布;采用M塑性铰模拟墩的弹塑性、PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性和日本规范中推荐的方法模拟土的非线性建立有限元模型,对群桩-承台-墩整体结构进行PUSHOVER分析。结果表明:(1)水平荷载作用下,各桩受力不均匀,外排桩的桩身应力大于内排桩的桩身应力;(2)高承台桩桩身最大应力点位于土面以下2~4倍桩径范围内。     

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。     

考虑边坡效应的铁路桥墩桩基力学行为分析EI北大核心

研究目的:为了顺应线路需要,高原地区修建的大量桥梁桩基工程处于高陡边坡之上。处于边坡上的桥墩桩基础由于边坡土体水平抗力对桩身影响而受力复杂。本文基于非线性有限元软件平台,结合黄土边坡上修建的铁路桥梁算例,建立考虑材料和桩土接触非线性影响的边坡—承台—桩基系统力学分析模型,目的在于从系统承载力、变形和应力等多方面研究边坡—承台—桩基系统在恒载和组合荷载工况下的力学行为。研究结论:通过对桥梁算例的分析,得出:(1)对于边坡上的桩基础桥墩,边坡水平抗力对桩基受力影响较大,桩基位移和应力均呈现出沿坡向的非均匀性;(2)对于多地层边坡,桩基位移和应力在土层分界处存在突变,桩基在分层部位存在受力不利区域;(3)本文研究方法和结论可为边坡上修建的桥梁桩基础的设计和力学分析提供理论借鉴。     

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。     

考虑土体液化侧移影响的轴横向受荷桩内力与位移分析

地震导致的土体液化侧移,使得轴横向受荷桩的受力与变形十分复杂。根据桩周土体的液化程度将基桩分为非液化段、液化段和嵌固段,建立考虑桩土相互作用的简化受力模型。结合土体液化侧移模式以及基桩受荷特点,推导各特征桩段的挠曲变形微分方程,并给出相应的幂级数解答。通过与试验测试结果进行对比,检验本文方法的合理性。在此基础上,探讨土体液化侧移量、荷载分布形式以及嵌固深度等对基桩的影响。分析发现:土体液化侧移量每增加30cm,基桩桩顶水平位移增加5.8mm,桩身最大弯矩增大95.6kN·m;与竖向荷载相比,横向荷载对基桩的影响更大,横向荷载每增大50%,桩顶水平位移及桩身最大弯矩分别增加65%和54%,但基桩的"P-Δ"效应也不容忽视;改善基桩的嵌固深度可以提高基桩的抗震性能,但到达一定深度后,其效果并不明显。     

膨胀土地基中桩荷载传递规律的解析分析

基于桩-土相互作用的机理,利用剪切位移法及叠加原理推求了膨胀土地基中考虑膨胀土膨胀时的单桩荷载传递的解析解,并编制了相应的程序进行各影响参数的分析.分析结果表明:桩长增加,桩身抬升位移减小,桩身拉力的增加;埋入膨胀影响深度以下较深的小直径桩(d<0.044 L)能有效地降低膨胀土中桩顶位移,而大于该直径,桩径的增加对桩顶位移减小量用处不大;桩项荷载的增加,桩身的抬升位移及拉力逐渐减小,阻止桩向上运动所需的桩顶荷栽约为未受荷载的桩中最大拉力的2.5倍.研究结果为膨胀土中桩基的合理设计提供了理论依据.     

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。     

高烈度地震区高路堤桩板墙的动力响应研究

研究目的:玉蒙铁路位于云南省境内,地质环境错综复杂并且活跃的新构造运动使得该区域地震多发。对于玉蒙铁路陡坡高路堤工点,设计采用路堤桩板式挡土墙支挡结构加固。为评价路堤桩板结构的抗震性能,研究支挡结构在地震动荷载作用下的稳定、沉降和变形,进行室内振动台模型试验,分析路堤桩板式挡土墙在不同地震加速度作用的动力响应,研究支挡结构的抗震可靠性,并与现行的设计计算方法进行对比分析。研究结论:(1)桩板式挡土墙的水平位移、桩身弯矩、挡土板的土压力随加速度增大而增大;(2)当地震烈度大于等于8度时,试验得到的桩身弯矩和挡土板土压力均较目前规范的拟静力法的计算设计值大,说明地震烈度小于等于7度时,可以按照传统的拟静力法进行设计,而当烈度大于等于8度时,则应该适当增大结构的安全系数;(3)该研究成果已成功应用于广大新双线铁路等高烈度地震区的路堤支挡加固工程中。     

三维群桩-承台-墩的自振特性分析

提出了三维群桩-承台-墩的一种自振特性分析方法,其计算模型不但将群桩-承台-墩作为三维的整体结构来分析,而且考虑了桩-土的相互作用,同时简化了动力分析中承台的刚性模型,为全桥结构的整体抗震安全性研究打下了基础.     

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。     

青藏铁路多年冻土区桥梁地基融化时的抗震安全性分析

采用弹簧单元模拟地基对桥梁基础的嵌固以及轨道桥面系对梁体的纵向约束作用,建立桥梁-轨道桥面-地基共同受力的全桥整体模型。分析了未来青藏高原由于气候变暖引起冻土退化、地基对桥梁桩基嵌固作用降低时桥梁结构的地震反应。结果表明,当冻土退化而导致地基嵌固作用降低时,桥梁墩身的地震弯矩减小,桩身弯矩和墩顶位移增大。轨道桥面系的约束作用使得边跨桥墩的地震反应降低,中间桥墩的地震反应增加。还探讨了桥墩高度、桥梁长度对地震反应的影响。     

双排桩支护在某综合交通枢纽工程应用探讨

研究目的:结合某市在建综合交通枢纽工程,针对工程所处的城市垃圾填埋区的特殊地质条件和工程自身的特点,对如何运用双排桩支护结构形式在这一典型工程中进行设计探讨。研究结论:通过具体的工程实践,取得了双排桩设计的相关经验参数,与单排桩相比,双排桩支护结构能有效地控制基坑侧向变形和减小桩身弯矩,桩身弯矩更合理;考虑桩土相互作用的计算模型研究表明,随着开挖深度的增加,在影响范围内土体的水平位移逐渐增加,且基坑开挖对土体水平位移的影响程度随着土体的深度逐渐减小。     

地基柔性效应对铁路连续梁桥弹塑性地震反应的影响

以某高速铁路大跨连续梁桥固定墩纵桥向的弹塑性地震反应为研究对象,建立考虑地基柔性约束效应的单墩动力计算模型,分析地基柔性效应对桥墩动力特性及弹塑性地震反应的影响规律。结果表明:地基比例系数m值的改变对桥墩的1阶自振频率影响较明显;随着地基比例系数m值的降低,墩顶位移及基底位移逐渐增加;地基越软,桥墩的弹塑性地震反应有增大的趋势。为了更加合理的描述桥墩的塑性状态,建议对软土场地桩基础钢筋混凝土桥墩进行延性抗震设计时,优选墩底曲率延性指标进行评价。