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。     

微型抗滑桩加固边坡极限抗力研究

研究目的:微型抗滑桩具有桩位布置灵活、施工速度快、对施工场地适应性强、对环境影响小等优点,近年来在边坡加固领域得到广泛应用和推广,但目前缺乏分析微型抗滑桩加固边坡极限抗力的科学方法。基于此,本文采用数值分析手段建立微型抗滑桩加固边坡的极限抗力分析模型,以桩身弯曲承载力、剪切承载力和结构位移为控制条件,提出一种微型抗滑桩加固边坡极限抗力的分析方法,并进行力学机制研究。研究结论:(1)不同类型边坡微型抗滑桩提供的极限抗力有所不同,岩土强度越高微型抗滑桩提供的极限抗力越大,整体而言,对于土质边坡,微型抗滑桩的极限抗力主要受桩身弯曲承载力控制;对于岩质边坡,微型抗滑桩的极限抗力主要受剪切承载力控制;(2)滑坡推力主要由靠近荷载的半幅桩承载,远离荷载的半幅桩基本不受力;(3)微型抗滑桩与岩土的接触反力主要由靠近荷载桩单元的正应力提供,剪应力的影响不大;(4)该研究成果可为微型抗滑桩在边坡加固工程中的设计和安全评价提供理论依据。     

锚固桩跳桩防护施工对高边坡的影响

某桥墩台桩基处于顺层岩体并为高边坡,由于工期限制,采用桩基与边坡加固共同施工的锚固桩跳桩防护施工方案。因为施工工序导致高边坡受力状态不同,结合有限元分析,得到在正常工况、锚索+奇数锚固桩加固边坡、坡面刷坡及承台开挖3种工况下,边坡稳定系数及水平方向位移。根据现场实测数据分析,采用锚固桩跳桩防护施工方案不但能保证顺层高边坡稳定性,同时可有效缩短工期,取得良好效果。     

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。     

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。     

桥墩-承台-桩基体系动静刚度原型试验研究

为研究桥墩-承台-桩基体系动刚度和承载能力的关系,采用机械阻抗法进行原型试验研究,以分析体系整体动静对比系数的取值,以及整体体系动刚度与单桩动刚度的关系。动力测试试验分3个阶段进行,对待测模型桥墩的墩身和承台进行整体切割。在切割前后分别测试桥墩-承台-桩基体系动刚度、承台-桩基体系动刚度以及单桩动刚度,并在切割墩身之后对承台-桩基体系进行静载试验。测试结果表明:(1)桥墩-承台-桩基体系的整体动刚度与承台-桩基体系的动刚度值较为接近;(2)在低频段整体动刚度接近于单桩动刚度的4倍,表明整体动刚度一定程度上能反映基础的整体承载力;(3)承台-桩基体系的平均动静对比系数为1. 78。因此,总体上看基础整体动刚度能反映基础整体承载力状态。     

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。     

武汉站联合桩基设计研究

研究目的:针对武汉站联合桩基一般承台面积较大、柱底反力复杂、偏心效应显著,且大多承受八字斜柱反力,水平推力很大,本文分别按刚性桩基承台和柔性桩基承台两种模式进行受力分析。研究结论:刚性计算主要是确定反力合理形心,按反力合理形心与桩基形心重合进行布桩,并检算各荷载组合下桩基受力情况;当反力合理形心无法与桩基形心重合时,按偏心荷载计算桩基受力。柔性计算可以充分考虑承台刚度、土层约束、扭矩荷载等因素,采用有限元计算得到桩的竖向、水平受力情况和桩身弯矩、支座位移等,可与刚性计算结果对比校核,并对进一步计算桩身裂缝、上部框架结构等提供数据。     

内河高桩承台桥梁船撞动力响应分析

为了对内河高桩承台在船舶撞击作用下的动力响应进行研究,本文选取一座高桩承台桥梁为研究对象,探讨了船舶撞击承台、船舶撞击桩基和船舶撞击横系梁加固后桩基3种工况下桥梁的位移和应力响应。计算结果表明,虽然船舶撞击桥梁承台比撞击桩基工况下船撞力大,但撞击承台时所有桩基整体受力,导致结构的位移和桩基内力响应较小;在船舶撞击桩基工况下,桩基采用横系梁加固后,撞击力大小变化不大,但采用横系梁连接后桩基形成整体框架,内力在桩基间重新分配,导致被撞桩基受力减小,有效增大了船舶撞击桩基时桥梁的整体安全性。     

基于柔度系数求解桥梁桩基对桥墩约束刚度的有限元数值分析

以桥梁桩基础为研究对象,基于弹性地基梁"m"法理论,通过柔度系数提出桥梁桩基础对桥墩约束刚度的有限元数值计算方法,探讨桩基有关参数诸如桩径、入土深度、地面以上长度、地质条件以及桩数对约束刚度的影响规律。研究结果表明:本文结果对桥墩设计、桥墩承载能力与桥墩抗震防灾能力评估具有一定的指导意义。     

水上高桩码头桩基安全性评价

对于运营期的高桩码头承台桩基,在保障码头正常运营的前提下,承台桩基检测手段比较有限。某车渡码头承台出现明显位移变形,经现场考察,推测原因为桥墩承台上系船柱受船舶的长期连续系缆力作用所致,本文针对此种情况进行了三维有限元数值模拟分析,并进行了多种荷载工况下的计算对比,对桩基承载力进行了检算。通过计算分析,结合现场实际情况,对承台目前的偏移情况下桩基的承载力进行检算,得出原有桩体的承载力在目前桥座墩位移的情况下仍能满足要求的结论。同时分析了港口码头桩基可能发生的病害类型,给出了处理建议,可供类似工程参考。     

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。     

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。     

整体式桥梁力学性能的关键参数分析

以深圳市南坪快速路立交主线桥为背景,基于该桥的空间实体有限元模型,采用单一参数控制法,研究桥台高度、台后填土抗力、桩侧土体抗力3个变量在温升、温降2种工况下对桥梁结构的应力、位移等静力指标和基频、反应谱等动力指标的影响。研究结果表明:桥台增高,台后土压力随之增大,桩基顶顺桥向水平位移减小,自振基频增加;台背填土抗力增加,直接减小了桩基顶水平位移,提高自振频率;桩侧土抗力增加,提高了结构整体刚度,地震荷载作用下结构顺桥向水平位移减小。     

波浪荷载作用下跨海桥梁群桩基础方案研究

针对波浪荷载作用下跨海桥梁群桩基础的设计问题,以平潭海峡公铁两用跨海大桥主桥为工程背景进行了群桩基础方案的数值模拟分析。首先,建立全桥有限元模型计算上部结构对基础的作用力;其次,建立了4种不同群桩基础方案的有限元模型,分别采用Morison方程和绕射理论计算桩基、承台和围堰受到的波浪荷载,并分析了各群桩基础方案在波浪荷载作用下的受力性能;最后,通过比较不同设计方案的工程量及施工可行性,给出了较优的设计方案。研究结果表明:波浪荷载对跨海桥梁围堰设计及施工的影响尤为显著;承台高程提高后可以有效减小围堰承受的波浪荷载,降低施工难度与风险;承台高程提高后采用增大桩径的方法,可以有效改善基础受力性能,减少工程量,控制工程投资。     

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。     

一种斜坡桥梁桩基础自由段桩长确定方法

以斜坡桥梁桩基自由段桩长的确定方法为研究目标,将桩前自由段桩长范围内存在变形趋势的岩土体视为三维楔形受力体,考虑桩前受力体的自重及两侧拉力、受力体底部的极限抗滑力和摩阻力、桩土间接触压应力,推导其滑动力合力计算式,依据受力体的临界稳定状态确定斜坡桥梁桩基自由段桩长,并采用C#开发斜坡桥梁桩基自由段桩长的计算程序。运用该程序对斜坡桩基自由段桩长取值影响因素进行的敏感性分析结果表明:斜坡坡角、桩土接触压应力、内摩擦角对自由段桩长取值的影响较敏感,而桩周岩土体重度对自由段桩长取值的敏感性较小。采用此方法对长昆客运专线部分陡坡桥基自由段桩长设计取值的计算结果表明:当斜坡坡度较缓、地层较为坚硬时,位于其上的桥基内力计算可忽略自由段桩长的影响;当斜坡坡度较陡或斜坡岩土体强度较低时,计算得到的自由段桩长取值相对较大,斜坡桥梁桩基础设计须考虑自由段桩长对桩基内力计算的影响。     

基于扣件受力的无砟轨道32m简支梁坡度限值

研究目的:基于有限元方法与梁轨相互作用原理,建立能够分析坡道上无砟轨道桥梁变形对扣件受力影响的平面模型,分析桥梁坡度、墩顶纵向水平位移等因素对扣件受力的影响,提出在考虑桥梁收缩徐变、基础沉降、桥墩纵向温差及列车荷载等条件下32 m简支梁适应的坡度,从而为桥梁坡度选择提供理论指导。研究结论:(1)桥梁坡度以及墩顶纵向水平位移的改变均会引起扣件受力,并且扣件所受上拔力最大值随着桥梁坡度、墩顶纵向水平位移的增加近似呈线性增大;(2)对于梁端悬出0.55 m的32 m简支梁而言,当桥墩高度为20 m时,由扣件上拔力不超限确定的最大坡度值为29‰,当桥墩高度为40 m时最大坡度值为20‰;(3)当桥墩纵向水平刚度增加、梁缝附近铺设过渡板或采用特殊扣件时,可以适当增加桥梁的坡度限值;(4)基于扣件受力确定的桥梁坡度限值可为今后线路选线设计及桥梁坡度设置提供借鉴和参考。     

桥墩温度荷载对高墩大跨桥上无砟轨道无缝线路的影响研究

在高墩大跨桥梁中,由于夏季太阳辐射作用混凝土结构会出现膨胀,桥墩整体升温会导致墩顶竖向位移增加,从而引起桥上无缝线路纵向附加力和钢轨竖向位移。为研究桥墩整体升温对无砟轨道中轨道部件受力和变形的影响,基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立线—桥—墩一体化模型,分析高墩大跨桥墩升温条件下桥上无砟轨道无缝线路的受力以及平顺性。计算结果表明:桥墩整体升温对钢轨的纵向力、梁轨相对位移、凸台树脂变形和凸台受力的影响均很小,在无缝线路设计和检算时可以不考虑其对钢轨强度的影响,但会引起线路竖向不平顺,且主要是长波不平顺。     

高墩大跨桥梁桥墩升温对桥上无缝线路的影响研究

高墩大跨桥梁桥墩整体在太阳辐射下升温,会使桥墩顶部产生竖向位移。对桥墩升温产生竖向位移对无缝线路的影响这一问题,使用有限元软件建立线-桥-墩一体化模型,分析高墩升温条件下桥上无缝线路的受力及变形。计算结果表明:桥墩的升温对桥墩受力影响较小,桥墩温度变化引起的线路竖向不平顺主要是长波不平顺。建议高墩大跨桥梁不考虑桥墩整体温度变化对线路受力的影响,但要对桥墩变形引起的竖向不平顺进行检算,以满足规范对桥上无缝线路验收的需要。