水平循环荷载下桩与饱和砂土相互作用的弹塑性解析

根据饱和砂土在实际工程中所表现出的物理特性,采用强度理论和非相关流动法则来分析其受力与位移。并利用弹塑性力学理论求解桩与饱和砂土在周期性水平循环荷载下相互作用所产生的一些相关性状的解析解。最后,用迭代法对桩周土的塑性变形区范围进行了量化。     

直斜桩群桩基础在钢筋混凝土拱桥中的应用与探讨

斜桩在群桩桩基中能够抵抗较大的水平荷载,对于钢筋混凝土拱桥,拱脚处产生的水平推力巨大,对基础性能的要求较高,直斜桩组合群桩基础是砼拱桥基础的一种较优选择。本文对直桩群桩基础和直斜桩组合群桩基础进行计算分析,并作相应对比,当群桩中的斜桩在承受竖向和横向荷载时,斜桩能分担部分竖向荷载的,还能减小桩顶内力,水平位移,桩身裂缝,其作用较为明显,而群桩中直桩主要承担了抵抗竖向荷载的作用。因此,直斜桩组合桩基更适合拱桥的基础,竖向和水平承载力均能满足要求。     

船行波对内河饱和软黏土刚度和强度弱化影响试验研究

近年来随着内河航运业的发展和船舶大型化的趋势,船行波对内河航道岸坡的稳定性影响不容忽视。船行波是一种动荷载,长期作用于内河表层饱和软黏土,对其刚度和强度影响严重。通过动三轴试验模拟了船行波对内河饱和软粘土的刚度和强度的影响,并对动三轴试验后的土样进行不排水剪切试验,研究了船行波荷载长期作用后内河表层软粘土的强度弱化。通过研究建立了考虑循环荷载比的软化指数经验公式;建立了考虑循环荷载比的土体残余应变计算经验公式,并在此基础上建立了土体强度折减与残余应变的关系;最后依据莫尔库伦准则给出土体粘聚力和内摩擦角的强度折减系数与循环应力比关系经验公式。     

考虑水平动循环荷载影响的单桩水平承载特性研究

为了探究长期水平循环动荷载对海上桩基水平承载力的影响,开展了干砂及饱和砂中单桩室内模型试验,获得了不同动载幅值和加载频率对单桩水平承载力的影响,并对比了干砂和饱和砂中单桩水平承载力的差别。结果表明:单桩在干砂和饱和砂中水平承载力有明显差别,动力加载会造成单桩水平承载力的衰减,不同的动力加载条件下水平承载力衰减程度不同。     

波浪作用下局部冲刷群桩动力特性试验研究

利用模型试验对深水桥墩群桩基础进行研究。用摇摆式造波装置施加波浪荷载,基于典型的冲刷坑形态,通过开挖桩周土体模拟不同的冲刷深度,探讨不同冲刷深度下桩基在波浪荷载作用下的动力反应。作为对比,同样进行了同参数下的单桩平行试验。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桩基础的自振频率逐渐降低,桩顶加速度和位移幅值呈增大趋势。桩基动力响应同时受水深的影响——随着水深的增大,位移和加速度也有所增加。在实际工程设计中,应该考虑桩基冲刷受损程度和水文条件的综合影响。     

考虑桩土非线性作用的近海风机高桩平台地震响应分析

分别建立全斜桩承台与全直桩承台三维有限元模型,研究了地震荷载作用下桩基的动力响应。考虑了地震引起的水体惯性力对动力响应的影响,并通过引入p-y曲线修正系数考虑了桩基倾斜对桩轴垂向桩土作用的影响。结果表明,在单桩的情况下,地震动水压力对桩基的弯矩与位移存在明显的放大效应;不同单桩的位移反应峰值发生在同一时刻,倾斜方向与峰值时刻地震加速度方向一致的桩承载性能最优。对于带承台的群桩,地震动水压力的放大效应没有单桩时明显,各个方位斜桩以及直桩之间弯矩与位移差异较小;直桩的位移峰值大于斜桩,而斜桩弯矩均较直桩在泥面以下处有一定的减小,但在承台交界面处较直桩更大。     

考虑桩-土作用的PHC管桩极限变形及其影响因素分析

单调荷载作用下PHC管桩的极限变形是判断结构损伤的一项重要参数。为了解桩、土参数对PHC管桩在单调荷载作用下变形的影响,采用ABAQUS有限元软件的纤维梁单元模型和共结点法,建立考虑桩土相互作用的PHC管桩有限元模型,使用P-y土弹簧模拟桩土相互作用,混凝土采用UCONCRETE03本构模型,预应力纵筋采用USTEEL02本构模型,分析配筋率、桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比等参数对PHC管桩极限变形的影响规律。计算结果表明:桩基极限位移随桩基配筋率的提高而增加,但随桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比的增加而减少,并拟合单调荷载作用下的PHC桩基极限位移的计算公式。     

长期动力荷载作用下饱和软粘土振陷分析

本文首先利用Ariake饱和软粘土动三轴试验的结果，提出了一种计算软粘土孔隙水压力增长和残余应变的模式，井将计算得到的结果与不排水和部分排水情况下室内试验所观测到的循环加载导致的孔隙水压力及残余应变进行比较，两者具有较好的吻合性，在此基础上提出了一种计算软粘土振陷问题的有效应力动力分析方法，井结合实例，分别对不同构筑物在长期动力荷载作用下的振陷问题作了计算和分析。     

水平及竖直荷载下群桩变形性状分析

采用三维有限元分析方法对水平及竖直荷载作用下群桩基础的变形性状进行了研究分析,讨论了竖直荷载,水平荷载及两种荷载共同作用下群桩的位移应力响应。研究表明在经常承受水平荷载的结构中,群桩基础上的水平荷载不容忽略,在设计和施工中应格外注意。研究为实际工程提供了一定的技术参考。     

叉桩和平联撑在高桩码头中抵抗水平力作用分析

当高桩码头承受较大水平力荷载作用时,码头因位移大而存在安全隐患。为此,研究叉桩和平联撑在高桩码头中抵抗水平力作用大小。运用易工水运工程结构CAD集成软件建立高桩排架空间结构模型,计算分析叉桩排架结构在水平力作用下,码头横梁、桩基的内力和位移大小随叉桩的斜度和转角改变的规律,同时对比叉桩和平联撑在高桩码头中抵抗水平力大小。结果表明:叉桩排架结构抵抗水平力产生的位移作用远大于设置平联撑的排架结构。     

不同风向和风速下跨长江航道输电塔桩基三维变形特性研究

为了满足长江南岸的用电需求，跨长江输电塔的建设规模不断扩大。依托江苏凤城至梅里385 m高的大跨越工程，开展精细化三维有限元数值模拟，系统研究了风速、风向角、土层参数和桩径对大跨越塔桩基变形特性的影响。发现风荷载作用下，大跨越塔所受的最大拉力和压力均位于塔脚位置。45°、60°风向对跨越塔桩基影响最大，45°、60°风向引起的桩基水平位移和沉降比0°、90°风向工况大13.0%和26.9%。上部土层压缩模量增加一倍后，风荷载引起的桩基最大水平位移降幅高达28.9%,而黏聚力增加一倍后桩基最大水平位移降幅不到3%。随着跨越塔桩基直径的增加，风荷载引起的桩基水平位移不断降低；但是桩径从1.4 m增至2.0 m后，桩基最大水平位移降幅不足10%。相比于采取大直径桩，上部软土层加固能更好地限制风荷载引起的桩基位移。研究成果为跨长江输电塔桩基设计提供一定的指导。     

高桩码头结构内力计算方法的探讨

高桩码头结构位移产生的桩弯矩采用嵌固点法,由于嵌固点法对位移作用下计算的内力误差较大,因此计算位移产生的桩弯矩不宜采用嵌固点法,故本文提出码头结构内力计算方法,考虑了桩顶的连接情况、桩的泥上高度、桩身柔性、桩基布置等因素。得出以下结论:(1)直桩与叉桩受桩顶水平变位影响不大,但叉桩会产生轴力;桩顶刚接时产生弯矩、剪力值大于桩顶铰接。(2)在纵向水平力作用下,近似将所有基桩的桩顶合成为一个水平刚度,可减小单桩承载力,其值约为原承载力的1/20。本文所提出的计算方法能考虑桩顶的连接情况、桩的泥上高度、桩身柔性、桩基布置等因素,可为设计确定分段长度的计算方法,同时研究温差与纵向荷载作用下结构的内力与变形计算问题,具有很好的推广应用价值,并可为今后修订高桩码头设计规范时补充纵向计算内容提供参考。     

水平荷载作用下高桩码头叉桩扭角布置研究

以湛江某高桩码头标准结构段桩基布置为例,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,考虑4种水平荷载作用控制工况,对不同叉桩扭角布置方案码头桩基内力进行计算分析,讨论水平地震荷载及船舶荷载对叉桩扭角布置的影响.计算结果表明:结构横向水平位移与桩弯矩随扭角的增大而增大,结构纵向水平位移和桩弯矩随扭角的增大而减小;在纵向水平地震荷载组合工况下,码头结构位移及桩弯矩最大;综合考虑纵横向刚度的影响,本码头结构段叉桩扭角选用20°较为合理.     

库水位循环作用下架空斜坡式码头变形研究*

为研究山区河流库水位循环作用下码头结构变形特点,依托云南省富宁港一期工程,建立架空斜坡式码头三维有限元模型.以水岩相互作用为基础,重点研究库水位循环作用下架空斜坡式码头整体变形特点、桩基水平位移、桩顶沉降、挡土墙失稳模式;得到码头结构物变形发展趋势,同时预测架空斜坡式码头在库水位循环作用下的破坏方式,为进一步研究山区河流码头结构与库岸边坡相互作用及其时变特性提供基础.     

高压旋喷桩联合排水预压法地基处理的数值模拟研究

高压旋喷桩联合排水预压法处理地基被应用于广州市南沙新区灵山岛尖南段海岸及滨海景观带建设工程。基于该工程,使用Plaxis 3D有限元软件进行数值模拟,研究了高压旋喷桩对桥梁桩基位移的影响,软土地基厚度对桥桩稳定性以及地基水平位移的影响。研究发现：打设高压旋喷桩后,约2/3长度的桥桩发生了负向水平位移,桩底1/3长度则发生正向水平位移,水平位移值介于-17.55mm至5.88mm之间。若高压旋喷桩下部存在深厚软基,打设旋喷桩后桥桩的偏移量将大幅度增加,最大值达到3.12m。原始工况和深厚软基工况下的地基最大水平位移分别为237.8mm和350mm,15年后两者差距不大。     

循环荷载作用下饱和软粘土累积变形研究

在天津滨海饱和重塑软粘土不排水循环三轴试验的基础上,分析了不同静、动应力组合影响下软粘土的累积变形规律。基于静蠕变理论,提出一种长期循环荷载作用下饱和软粘土轴向循环累积塑性应变经验模型,其中,用双曲线函数来表示软粘土轴向累积应变与循环次数的关系,用指数函数来表示累积应变与相对偏应力水平的关系。以有限元软件ABAQUS为平台进行二次开发,通过用户子程序CREEP将该模型嵌入有限元数值模型中,并利用室内三轴不排水循环蠕变的试验结果对本文经验模型的数值计算结果进行验证。最后,将该数值计算模型应用到防波堤工程实例中,分析了软土地基的循环累积变形的变化规律。研究成果可为软粘土地基上港口与海岸水工建筑物的设计提供参考。     

桩靴贯入对群桩效应影响的模型试验分析

为评价桩靴贯入饱和软黏土对邻近水平受荷群桩群桩效应的影响，开展了1g条件下的模型试验。基于桩身应变测量结果得到桩身弯矩，对弯矩拟合后依据弯矩与剪力的微分关系得出近远桩桩头承担的剪力，进而依据修正Poulos方法得出在桩靴贯入过程中描述群桩相互作用的Y乘子的变化，并将考虑群桩效应后的群桩桩身弯矩与试验结果进行对比。研究表明在桩靴贯入过程中，群桩近远桩桩头承担剪力发生变化：远桩桩头承担荷载增大、近桩桩头承担荷载减小。桩靴贯入使Y乘子减小，考虑群桩效应后，弯矩预测结果与测量结果较为接近。     

船闸闸室结构刚性桩加固地基承载特性分析

结合东部沿海地区某刚性桩加固地基船闸工程,运用ANSYS软件分别模拟一体式和分开式桩基加固地基船闸闸室结构,接触面均采用库伦摩擦模型,对两种桩基加固地基闸室结构分别进行闸室底板沉降与地基沉降、桩身竖向应力、桩身水平位移以及桩土荷载承担比共4个方面的对比分析。研究表明:一体式桩基加固闸室结构在一定程度上有利于减小闸室整体沉降和地基沉降,素混凝土垫层起到一定的调节作用;一体式桩基加固闸室结构桩基承担的竖向荷载大于分开式,土承担的荷载比例小于分开式;两种结构桩身水平位移沿桩基入土深度的变化趋势一样;分开式桩基加固闸室结构在一定程度上有利于减小闸室底板弯矩。     

复杂水平荷载作用下部分埋入单桩的计算方法*

在Winkler地基梁模型和有限单元法理论的基础上,提出了一种在复杂水平荷载作用下求解部分埋置水平受荷单桩弯矩和位移的计算方法。将该方法计算结果与经典算例结果和现场试验结果进行对比,验证了该方法的正确性。通过算例分析了水流冲刷作用和桩顶约束条件对部分埋入桩桩身弯矩和位移的影响,分析结果表明,在研究冲刷对桩基水平承载力的影响时应结合桩顶的约束条件。该方法可有效开展复杂水平荷载下部分埋置水平受荷桩的计算分析。     

超厚软土层条件下码头超长摩擦桩分析

福建霞浦核电厂大件码头拟建位置具有40～50 m的超厚软土层,码头桩基采用的超长摩擦桩的桩-土间相互作用较短桩和中长桩相比更为复杂,很多问题均属设计规范的临界模糊范围。采用有限元法对超长桩在水平和竖向荷载作用下的位移、内力和侧摩阻力进行全面的计算分析,总结超厚软土层中超长摩擦桩的桩身节点水平位移和内力的分布趋势:对于超长摩擦桩,同一土层分层提供侧摩阻力更加合理,且泥面50 m以下的桩侧摩阻力会随着土层深度的增加继续增长,增长速率较50 m以上更快。