Equivalent-shear Finite Element-iterative Method of P-△ Effect of Pile under Inclined Loads

假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,在此基础上引入等效剪力增量概念,提出了基桩P-△效应的等效剪力有限元迭代法,相应编制了Matlab分析程序,并结合算例对成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向荷载综合作用下基桩内力位移进行了分析.结果表明:等效剪力有限元迭代法用于倾斜荷载下基桩P-△效应计算分析是有效的;当墩身较高时,墩身倾斜、墩顶偏心弯矩、水平力等对基桩产生的P-△效应显著.     

陡坡桥梁桩基水平承载特性分析

本研究以某陡坡桥梁桩基为研究对象,建立了倾斜荷载作用下桩基的有限元模型,分析了荷载加载顺序、荷载类型、桩身弹模和土体主要力学特性等因素对陡坡桥梁桩基水平承载特性的影响规律。研究结果表明:施加竖向荷载会增加桩顶水平位移和桩基内力,竖向荷载对桩顶水平位移的作用机理应同时考虑“P-△”效应和桩周侧向的土压力效应。本研究提出了坡顶荷载-桩身最大弯矩关系的三阶段特征,揭示了土体黏聚力、内摩擦角和弹性模量均与桩顶水平位移呈递减关系。该研究成果可为山区陡坡桥梁的设计与施工提供参考。     

偏心荷载作用下多室宽箱梁弯扭特性分析

通过建立不同箱室数量和宽跨比的单箱多室宽箱梁的有限元模型,分析了宽箱梁在扭转荷载和偏心荷载作用下的剪力流和竖向位移分布。研究结果表明:多室宽箱梁整体扭转刚度大,扭转荷载作用下主要呈整体扭转变形;偏心荷载作用下,多室宽箱梁弯扭效应由整体的竖向弯曲和整体扭转两部分组成;由于箱室宽度较大,偏心荷载作用下扭转剪力流效应明显,应重视各腹板剪力的不均匀分布。     

偏心荷载作用下多室宽箱梁弯扭特性分析

通过建立不同箱室数量和宽跨比的单箱多室宽箱梁的有限元模型,分析了宽箱梁在扭转荷栽和偏心荷载作用下的剪力流和竖向位移分布。研究结果表明：多室宽箱梁整体扭转刚度大,扭转荷载作用下主要呈整体扭转变形;偏心荷栽作用下,多室宽箱梁弯扭效应由整体的竖向弯曲和整体扭转两部分组成;由于箱室宽度较大,偏心荷载作用下扭转剪力流效应明显．应重视各腹板剪力的不均匀分布。     

基于等效截面法的蝶形腹板箱梁剪力滞效应研究

根据等效截面原理对箱梁空腹处截面进行等效处理,考虑其横截面轴力平衡关系,建立了腹板剪切变形下的翘曲位移函数,并推导出结构平衡状态下的剪力滞效应微分方程。结合模型试验、ABAQUS有限元模型以及相关文献值,对比分析了蝶形腹板箱梁(简支)在集中荷载及均布荷载作用下的纵向应力分布规律,并得到全梁段剪力滞系数三维分布模型。结果表明：竖向荷载作用下,蝶形腹板箱梁纵向应力呈正剪力滞效应状态分布,且箱梁支点截面和跨中截面的腹板接缝处剪力滞效应较大;集中、均布荷载作用下,研究结果与试验值、有限元值均较为吻合;与文献值相比,两者相对误差(绝对值)在2.00%～2.44%。     

地震下单桩动力响应的有限元模拟

采用ANSYS结构分析软件建立三维有限元实体模型,计算了地震作用下桩-土动力相互作用体系的动力反应．分析了体系的加速度反应、位移反应、桩身应变、桩身挠度、桩身弯矩、桩身剪力和桩土间接触压力等方面,并探讨了桩土刚度比、上部荷载等参数对桩-土相互作用体系的影响．     

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

不同堆载形式对邻近既有桥梁桩基的影响

采用数值方法研究了不同堆载分布宽度和高度对邻近桩基的水平位移、应力以及弯矩的影响,结果表明:不同堆载分布宽度基本不会影响桩底水平位移;随着堆载分布宽度增大,桩身水平位移不断增大,在地面以上部分桩身水平位移基本一致,而在地面以下部分,桩身水平位移从桩底到地面基本呈线性增大;不同分布宽度堆载对桩身水平应力作用规律基本相同;不同分布宽度堆载对桩身弯矩影响基本相同。堆载高度对左右桩的竖向位移影响规律不同;对于邻近堆载体的桩基,堆载会影响整个桩身水平位移,随着荷载的增加,桩身水平位移整体呈现增长趋势,且最大值基本分布在顶部,位移方向水平向右,同时堆载还会影响右侧整个桩身水平位移。研究结果可为分析桥梁桩基稳定提供参考。     

双排抗滑桩承载机理及土拱效应模型试验研究

设计并完成小比例边坡双排抗滑桩室内模型试验,通过在模型桩桩身粘贴应变片及在部分桩周土体内埋置土压力盒,量测加载过程中桩身的内力与桩周土体抗力的分布情况,进一步分析探讨不同推力荷载条件下双排抗滑桩结构的承载机理和内力位移特性。结果表明:桩顶水平位移与推力的变化曲线呈凹曲线状,随着推力的增加,水平位移加速增大;前后排桩的弯矩分布曲线呈S交变性,且桩顶弯矩值不再为零,随着水平推力荷载的增加,桩顶弯矩越来越大,桩身的正负弯矩绝对值也越来越大;双排抗滑桩在抵抗水平推力荷载时,桩间会产生明显土拱效应,出现弧形的裂缝。这些结论可为双排抗滑桩的理论研究与工程设计提供有益参考。     

弹性基桩在水平荷载作用下的工作性状研究

由于弹性桩能较好地承受水平荷载,因此应用广泛。以某基桩为例,采用有限元法研究其工作性状,结果表明:在水平荷载作用下,弹性基桩的水平位移在桩顶处最大,且随着深度增加而逐渐减小;桩身下部发生挠曲变形,位移较小,土体对桩的嵌固作用明显;弯矩先增大后减小,最大弯矩发生在桩长1/4处;应力分布与弯矩基本一致。     

粉土中单桩的水平位移研究

分别采用有限元软件和规范公式计算单桩在同一单层粉土、相同外荷载下的水平位移、土的弹性抗力及桩身弯矩和剪力,并比较两者差异。计算结果表明:当桩的长度小于30 m时,采用规范公式计算得到的单桩水平位移与有限元计算结果较为接近;当桩的长度大于30 m时,采用规范公式计算得到的单桩水平位移与有限元计算结果相差较大,桩长越大,两种方法计算结果之差越大。另外,大于30 m的长桩、超长桩的桩身内力和土的横轴向弹性抗力的理论计算结果与有限元模拟结果均有较大差距。     

瞬时荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应研究

为弥补动荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应研究的不足,依据薄壁箱梁自由振动齐次振动微分方程,结合基于最小势能原理的箱梁截面竖向位移控制微分方程及边界条件,提出薄壁箱梁无阻尼自由振动的弯矩解析解,从而建立了瞬时动荷载作用下考虑剪力滞效应的箱梁截面正应力解析表达式,并对比了宽跨比对薄壁箱梁的剪力滞效应的影响.数值算例结果表明,按本方法计算的翼缘板应力值与有限元计算结果吻合良好.     

竖向荷载下挤扩支盘桩数值模拟计算与分析

结合挤扩支盘桩和土体的实际参数,基于Marc有限元软件,采用六面体单元模拟挤扩支盘桩和桩周土体,建立了桩-土相互作用的三维空间模型,分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩和桩周土体的位移变化规律、桩身轴力传递规律及支盘端承力的变化规律,并与同直径等截面桩的极限承载力进行了对比.研究结果表明:在竖向荷载的作用下,桩顶的位移最大,离桩越远,土体的水平位移越小;桩身轴力在支盘处的变化较大,支盘承受了大部分荷载;各支盘端承力不能平均分配,应充分考虑各个支盘的位置和支盘端土体的力学特性,设计合理的支盘间距,才能最大限度地提高支盘桩的承载能力;挤扩支盘桩的极限承载力约为同直径等截面桩的2倍.     

堆载宽度对邻近桥梁桩基的影响

采用数值方法对堆载土体对邻近桩基的水平位移、应力以及弯矩进行模拟分析。结果表明:不同分布宽度堆载基本不会影响桩底位移,且位移主要发生在地表上侧桩身。随着堆载分布宽度增大,桩身水平位移不断增大,在地面以上部分桩身水平位移基本一致,而在地面下部分,桩身水平位移从桩底到地面基本呈线性增大。不同分布宽度堆载对桩身水平应力作用规律基本相同,即从桩底到桩顶,应力先增大到峰值后回落,应力最大值区间基本在-5～-15m范围内,且随着堆载宽度的增加,桩身最大水平应力逐渐增大,但增大速率逐渐减缓。不同分布宽度堆载对桩身弯矩作用规律相同,堆载在不同宽度时对桩身弯矩影响最大位置在地表以下标高-2m附近。     

纵向预应力对箱梁剪力滞效应的差分解

选取3次抛物线变化的纵向位移,通过能量变分原理得到悬臂箱梁的剪力滞基本微分方程,再利用有限差分法进行求解,将该方法用于分析纵向预应力等效荷载作用下的悬臂箱梁剪力滞效应.运用ANSYS有限元软件建立模型,采用Solid 95单元模拟箱梁,采用Link8单元模拟预应力钢束,分析在纵向预应力作用下箱梁剪滞系数分布规律并与差分法求解的结果进行对比.经过对比,验证了差分法求解纵向预应力等效荷载作用下箱梁剪滞效应的可行性,同时分析了纵向预应力对箱梁剪滞效应的影响.     

基坑开挖对邻近桩基影响的室内试验研究

基坑开挖过程中,支护结构后土体中会产生水平方向和竖直方向的位移,进而对基坑周边的邻近结构物产生较大的影响,甚至会危及结构物的正常使用.设计了轴向加载和基坑开挖作用下单桩和群桩的模型试验,支护结构设定为悬臂式地下连续墙,选取不同工况分析了在轴向荷载和土体位移共同作用下桩基础的位移和弯矩的变化,并与数值模拟计算结果进行了分析对比.试验结果表明:桩基础的弯矩与位移同时受到竖向荷载和土体变形的影响,随着竖向荷载和基坑开挖深度的不断增大,单桩和群桩的弯矩和位移均增大,桩基础中前桩对后桩有明显的遮拦作用,在邻近建筑物密集的地区施工基坑,可采用在基坑与建筑物之间增设围护桩的方法来增加邻近建筑物的安全.     

离岸深水全直桩码头结构群桩基础工作性状有限元分析

采用有限元法,建立了全直桩码头结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型,研究了该结构群桩基础中各桩荷载分担比、桩身弯矩分布、桩侧土压力分布、群桩效应特性及桩基临界入土深度。结果表明:离岸深水全直桩码头结构群桩基础中群桩效应可忽略不计,这为研究该结构稳定性计算方法时可不考虑群桩效应。通过计算确定了该离岸深水全直桩码头结构水平承载群桩的临界入土深度。     

超前支护桩桩后EPS垫层优化设置的数值模拟

出于减小高切坡超前支护桩桩身荷载、优化超前支护桩设计的目的,提出在超前支护桩后设置聚苯乙烯泡沫(EPS)垫层.运用数值模拟方法,进行了超前支护桩后设置不同厚度、不同类型的EPS垫层情形下的敏感性分析.结果表明:设置EPS垫层后,桩身所受土压力、最大弯矩、最大剪力及桩顶位移均显著减小,在0～0.8 m垫层厚度范围内,随着...     

横隔板间距对箱形组合梁畸变变形的影响

利用有限元分析软件Ansys,采用荷载分解方法将作用于箱梁的偏心荷载进行分解,得到箱型组合梁在偏心荷载作用下设置不同数量的横隔板对畸变效应的影响。重点考察了箱型组合梁的横向畸变变形、竖向畸变变形、纵向翘曲变形的分布情况,得出了横隔板设置数量对畸变效应的影响。