群桩-土相互作用动力阻抗的简化有限元计算

为研究群桩-土相互作用,提出一种将有限元模型应用于群桩-土动力相互作用分析的简化方法,结合频域内桩-土动力文克尔理论,导出与桩-土属性相关的弹簧-阻尼单元动力阻抗结果,与基于Gazetas-Dobry理论简化法的结果比较有良好的一致性。建立复杂群桩模型并进行不同桩土条件下的动力分析。研究结果表明:该简化有限元法应用于群桩-土工程实际的分析具有一定的可行性及实用性,为群桩-土的动力相互作用阻抗计算提供一种新方法。     

桥梁基桩动刚度影响因素分析

桩的动态特性反映了桩身混凝土的完整性和桩—土相互作用特性,利用机械阻抗法测定基桩激励和响应可以识别桩—土系统动力特性,估算承载力。本文首先建立了简化的摩擦桩动力解析模型,定性分析了不同参数变化对基桩动刚度的影响;其次,结合某高速公路特大桥若干桥墩基础的评估与加固,寻求基桩动刚度的合理下限值并以此初步评价基桩承载能力;继而建立了数值分析模型,通过测试数据对模型加以验证,并利用模型对动刚度影响因素进行了参数分析,参数对动刚度影响的趋势与解析解一致。针对本文工程案例,计算得到基桩动刚度合理下限为4.9 GN/m,当实测动刚度明显低于该值时,基桩承载能力偏低。通过对现场测试数据的统计分析,验证了该方法的合理性。     

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。     

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。     

单排桩-承台-联系梁组合基础受力分析

为了解决工程中常见的单排桩设计问题,将单排桩、承台及联系梁视为整体进行受力分析,避免了传统设计方法过于保守或偏于不安全的弊端。首先,建立"单排桩-承台-联系梁"一体化模型,对影响组合基础受力的联系梁刚度、相邻基础刚度及基础不均匀沉降进行理论分析,找出相互影响关系。然后,建立"单排桩-承台-联系梁"SAP2000有限元模型,模型通过"桩-土效应"反映桩基和联系梁的组合刚度关系,并以强迫位移荷载的方式考虑基础不均匀沉降的影响,联系梁的受力可从模型中直接读取。实例分析表明,该方法可充分考虑桩基(桩-土效应)、承台及联系梁间的相互作用,真实地反映"单排桩-承台-联系梁"的受力状态,联系梁的设计截面更合理、可靠。     

竖向荷载作用下复杂群桩的变形及荷载分布

以厦深(厦门—深圳)客运专线韩江特大桥潮安县段桩基选型工程为研究背景,通过有限元软件ABAQUS进行数值仿真模拟,分析低承台超长桩在非均质土条件下承受竖向荷载时竖直桩基的荷载-沉降(Q-S)曲线、基桩荷载分担、桩体侧向受荷、承台偏移、基桩竖向变形等工作性状。结果表明:超长群桩的Q-S曲线呈缓变特征,未出现显著的转折点和陡降;在承台顶逐级施加荷载作用下在同一深度范围内桩身轴力中桩、边桩、角桩依次增大;角桩和边桩的竖向变形相似,中桩差别较大;桩身的压缩变形随桩体深度依次递减;中桩侧摩阻力与周围基桩相比较小,变化更加缓慢。     

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.     

复杂地质条件下低应变法基桩检测研究

在岩溶地区、软硬岩交互等复杂地质条件下,由于施工工艺的局限性,桩基成孔易不规则,这给低应变桩基检测带来不利影响。为了研究低应变法在复杂地质条件下基桩检测分析判定的准确性问题,以低应变基本原理为出发点,从理论层面分析了常见基桩缺陷的特征表现;通过对几种实测典型基桩低应变缺陷的分析,探究其产生的原因,并利用现场开挖、钻芯法对低应变检测结果进行对比,验证了低应变法在复杂地质条件下判定桩身质量的适用性和准确性。研究结果表明,低应变法在复杂地质条件下仍能有效地判定桩身缺陷,宜结合现场开挖、钻芯法和声波透射法综合判定。     

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。     

半解析半数值法层状地基上高承台桩基础沉降的计算

用半解析半数值方法计算层状地基上高承台桩基础沉降的难点在于求解地基基本解（荷载和位移之间的关系）及实现其数值计算。地基基本解有2种分析模型：一种是求解土的基本解,然后将其代入基础的有限元控制方程,这种模型得到的地基柔度矩阵很大,数值计算存在困难;另一种是将土和桩视作地基,用基本解表示,它由轴对称有限元法按照桩帽模型和圆筒模型考虑群桩效应求得,然后将地基基本解代入墩台的有限元控制方程并求解,即可得到高承台桩基础的沉降,这种模型得到的地基柔度矩阵元素相当少,适合数值计算。基于轴对称有限元法的半解析半数值方法,无需繁琐的公式推导,极大地减少工作量,计算效率高。算例结果表明,该分析方法和三维有限元法在分析桩的沉降时结果符合很好。     

自平衡试桩Q-s曲线理论解析方法研究

为实现自平衡试桩理论方法更好地应用于基桩承载力测试,提出一种适用于层状地基中单桩承载力自平衡法测试的理论解析转换方法。基于自平衡上、下段桩加载受力模型,假定桩侧荷载传递函数符合理想弹塑性模型,推导出层状地基中上、下段桩弹性和塑性状态的荷载传递矩阵。再用MATLAB编程得到上、下段桩各微段处轴力、侧摩阻力及竖向变微量,代入精确转换公式中将自平衡试桩结果转换成传统静载测试Q-s曲线,并利用等荷载法求解其极限承载力。结合青岛胶州湾大桥工程试桩实例,采用锚桩法和自平衡法2组试桩工况结果验证该理论解析方法的准确性。研究结果表明：自平衡理论解析计算上、下段桩身各点轴力和侧摩阻力与锚桩法实测数据比较均在误差允许范围内;与传统静压测试、简化转换法相比,该解析转换法Q-s曲线与传统静压试验吻合效果明显优于简化转换法;同时对比2种转换法得到承载力值,简化转换法对于准确测定单桩承载力偏于保守,且不能分析桩身内力特征及承载能力,解析转换方法求解结果精度提高约12.3%。因此,证实了该理论解析方法在实际工程层状地基中有很大的适用性,可在基桩承载力自平衡测试工程中大量推广与应用。     

刚性承台下柔性群桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数，同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响，利用力学理论及微分方程的近似解法－－子域法，出了刚性承台下柔性群桩与地基相互作用的近似解析算式，在刚性承台下，中桩最大侧摩阻力出现在桩端，边中桩、角桩最大侧摩阻力出现在桩顶附近，角桩桩顶反力最大，边中桩次之，中桩最小，为了验证本文方法的可行性，将模型试验结果与本文计算结果进行了比较，对比表明：本文方法有较好的精度。     

铁路桥梁桩基承台力学分析及配筋探讨

现行铁路设计规范提出承台的厚度及配筋应根据受力情况确定,在条文及条文说明中提出厚度、混凝土强度、刚性角、底面钢筋面积等要求,但没有明确承台计算方法。依托实际工程项目,对典型承台在不同桩间距、桩基刚度情况下进行受力分析。对比有限元模型计算结果与现行国内外比较通行的建筑、公路规范的计算结果,结合国内常规铁路桥梁承台设计的经验,提出经济、合理的承台配筋设计计算方法。     

城市轨道交通桥梁常用四桩承台的受力分析

通过对四桩承台整体空间有限元应力分析,全面了解不同承台结构受力状况、桩基承台的横向和纵向应力分布情况,对比分析桩中心距不同时的有限元计算结果和截面法计算结果之间的差异,并提出相应的设计建议。     

基于有限元计算的铁路承台简化计算方法研究

随着高速铁路的发展,高架桥梁的应用越来越广泛,承台作为桥墩和桩基的连接枢纽,其受力机理和配筋方法的研究逐渐引起了工程界的重视。本文对铁路承台内部的受力机理进行分析,并提出了针对铁路厚承台的三维拉压杆简化计算模型,根据简化模型的计算结果,提出了一种基于力流的配筋方法,该配筋方法能够减少铁路承台的配筋量,提高高速铁路建设的经济性。     

考虑侧阻增强效应的基桩极限承载力解析算法

常规基桩竖向极限承载力计算方法难以考虑由于端阻力提高而引起的侧阻增强效应。分析基桩侧阻增强效应的形成机理,在此基础上,采用Meyerhof对数螺旋线破坏模式模拟桩端土体破坏状态,并引进极限上限理论分析桩端与桩侧土体在极限承载情况下的能量传递规律,利用虚功原理导出桩侧土体对桩身增加的法向压力值,由此根据摩尔库伦理论提出了考虑侧阻增强效应的基桩竖向极限承载力公式。与现场基桩承载力试验数据的对比表明,桩基规范常规算法明显低估了基桩的极限承载力,而本文推算的理论公式则更接近于实测静载荷试验值,表明考虑侧阻增强效应后可更合理评估基桩承载能力。对影响基桩侧阻增强效应的各主要因素进行了探讨,分析结果表明,随桩端土体强度或桩径的增加,侧阻增强效应作用愈明显,该结论对基桩工程设计具有一定的借鉴意义。     

超长钢板桩围堰施工承台基础计算与应用

以新建宁安铁路安庆长江大桥工程为背景,对高施工水位下超长钢板桩围堰施工承台基础进行了计算分析及其应用研究。首先选取三个典型不利工况,分别采用平面简化模型法和空间整体模型法对钢板桩、圈梁、内支撑的强度和刚度进行了计算,详细介绍了模型的建立和参数的选取,并对两种方法的计算结果进行了比较分析,归纳了相关计算要点。最后根据计算结果和实际工程经验,总结了施工应用过程中的控制重点,从现场实施情况看效果良好,可为相似工程应用提供借鉴。     

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。     

地铁盾构隧道侧穿高铁桥群桩设置隔离桩影响分析

结合某盾构隧道侧穿高铁桥群桩基础,研究了盾构隧道侧穿高铁桥桩施工过程中对群桩的影响.通过采取隔离桩措施降低对群桩的影响,对隔离桩设置范围、位置和深度等进行了对比计算分析,得出如下结论:1)当群桩基础与隧道轴线存在夹角时,桩基和承台产生不均匀沉降,承台刚度会影响群桩的变形;距离盾构隧道近的基桩和承台位置一般为沉降变形,越近的基桩变形越大;远侧由于群桩作用效应和承台刚度影响,局部可能会产生隆起变形,应特别关注不均匀变形的影响.2)基桩变形最不利位置位于盾构隧道底部以上部位,而在底部以下基桩变形普遍较小.因此,采取土体改良措施时应主要针对盾构底部以上部分土体.3)采取隔离桩措施能降低盾构隧道施工对高铁桥桩的影响达40％以上,对桥桩起到很好的保护作用.4)隔离桩最优设置范围为桩基垂直于隧道轴线投影范围以外1.0D～1.5D(D为隧道直径),超出1.5D范围的隔离桩作用不大.5)从设置隔离桩改善既有桥桩的变形考虑,隔离桩的设置应尽量靠近后施工隧道,这样对既有高铁桥基础的影响会减少,而且隔离桩自身施工对既有桥桩的影响也会减少.6)隔离桩深度宜取隧道底部以下l～3m,在此范围内按需设置,效果最优,也最经济.     

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。