PHC管桩抗震性能试验研究及数值模拟

研究目的:为研究PHC管桩在低周往复桩身横向荷载作用下的抗震性能,依据国内相关规范,在对试验工况进行数值模拟及非线性分析的基础上,设计PHC管桩标准试件,并在试验台上进行低周往复加载试验,得到PHC管桩的延性及耗能能力水平。此外,进一步研究其在拟地震力作用下的受力状态、破坏机理,发现了PHC管桩耗能能力不足的根本原因。研究结论:(1)依据国内规范所设计的PHC管桩,其延性变形及耗能能力不足,试件由于受拉区的预应力纵筋受拉断裂而发生脆性破坏,桩身裂缝未充分发展;(2)PHC管桩耗能能力不足的主要原因是预应力钢棒的脆性破坏限制了高强混凝土的裂缝发展,未能有效地发挥高强混凝土的高承压性能;(3)建议增配变形能力强的普通钢筋以改善PHC管桩抗震性能,从而增强其在高烈度地震区结构基础领域的应用效果。     

珊瑚礁地区混凝土管桩承载特性模拟分析

珊瑚礁质砂土由于孔隙比高、易破碎、颗粒形状不规则等特点，导致管桩在珊瑚礁地区的承载特性与一般土质中存在明显区别。结合南亚一座大桥项目中钻孔灌注桩的试桩数据，建立同等地质条件下的混凝土管桩模型，采用数值模拟的方法对管桩的承载特性进行研究，并与钻孔灌注桩的试桩结果进行对比分析。结果表明：混凝土管桩在珊瑚礁地区的承载特性为突进型，荷载与位移曲线大部分呈现陡降型发展趋势；管桩相对于钻孔灌注桩其最大侧摩阻力较小；管桩的桩端阻力随位移变化规律与钻孔灌注桩基本相同，在相同荷载下管桩的位移显著低于钻孔灌注桩，但两者的桩端极限阻力相差不大；随着管桩直径的增加，桩端承载力贡献比例呈现不断减小的趋势。对于较长的管桩，桩侧摩阻力发挥主要作用，随着桩径的增加，桩侧摩阻力在极限承载力中的占比逐渐减小。     

层状地基静力压桩过程数值模拟

在分析静力压桩过程的作用机理和数值模拟关键力学问题的基础上，选用某实际工程的层状地基条件，建立单根预应力高强混凝土管桩压桩过程的有限元分析模型，进行层状地基条件下桩周挤土压力和水平位移的数值分析，并与平面应变条件下圆孔扩张解析法比较。数值分析结果表明，层状地基条件下，桩周土弹性区水平位移受深度效应和土层性质影响不明显；同一土层的桩周径向压力均随深度增加而增大；在软硬土层交界处，桩端接近硬层底时桩周压力显著减小，桩端接近软层底时桩周压力显著增大；平面应变条件下，应用圆孔扩张法求解浅层地基弹性区土体水平位移时计算结果偏大，求解桩周压力时计算结果显著偏小。     

埋入式后压浆管桩竖向抗拔破坏模式研究

埋入式后压浆管桩作为一种新型桩基础,集钻孔灌注桩和预应力管桩的优点于一体,可以解决灌注桩桩身质量不可靠和预应力管桩沉桩困难等问题。对埋入式后压浆管桩的竖向抗拔试验进行CT扫描,得到不同位移状态下模型桩的CT扫描图像,直观地揭示破坏面的发展规律,并建立破坏面方程。对其他学者提出的抗拔桩破坏面方程进行优化,通过静力平衡方程,获得优化后破坏面方程对应的埋入式后压浆管桩抗拔极限承载力函数,并采用遗传算法确定优化后破坏面方程的参数。将多种理论假定破坏面与试验获得的破坏面进行对比分析,验证所得破坏面方程的准确性。研究发现：埋入式后压浆管桩在上拔位移到达0.45倍桩径时发生破坏,此时灌浆层与土体紧密结合,两者之间未出现明显位移,破坏仅发生在灌浆层之外的桩周土体中;破坏面从桩底向桩顶延伸,越靠近桩顶,破坏面距离桩身越远,破坏面在桩底与混凝土侧壁相切,在地面与水平面的夹角接近42°,呈喇叭形破坏;本文的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R2=0.97,前人的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R2=0.91,本文的破坏面方程更加贴近试验获得的破坏面。研究成果对埋入式后压浆管桩的设计计算具有...     

大跨度小半径曲线连续梁桥地震响应分析

为研究大跨度小半径曲线连续梁桥的地震响应,以现代有轨电车线路上一座(33.5+60.0+36.5)m三跨预应力混凝土曲线连续梁桥为例进行分析。采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,计算不同约束条件下桥梁动力特性,并采用反应谱法对桥梁在地震作用下的位移和内力进行分析。分析结果表明:采用刚构-连续组合的曲线梁桥可以获得较好的内力响应及位移响应,有利于桥梁的抗震;对于大跨度、小曲线梁桥,位移响应最大时和内力响应最大时分别对应不同的激励角度,在考虑水平地震作用时应按不同的激励角度进行分析。对刚构-连续组合曲线梁桥采用固结刚度较大的桥墩,可以提高整个桥梁的刚度,减少整体的位移,有利于桥梁抗震。     

强震带厚砂层地层基础桩振动力影响分析

本文以昆明南站为例,对强震带厚砂层地区基础桩进行了地震效应分析,采用数值模拟的方法,以无荷载+地震工况下的桩体动力响应与无荷载+无地震工况下的情况对比,通过分析桩身内力和桩体位移,研究了厚砂层地区地震作用对基础桩的影响,发现在地震动力作用下,桩体及桩周土岩的应力增幅高达几十倍甚至上百倍,表明在厚砂层地区桩体对地震动力响应效果明显,为今后该地层条件下桩基础设计施工提供参考。     

路堤桩板式挡土墙的振动台试验研究

研究目的:以西南某铁路路堤为原型,按照Bockinghamπ定理,设计路堤桩板式挡土墙振动台模型。通过振动台试验,分析桩板式挡土墙对地震加速度的位移响应规律,给出地震作用下桩的动力响应规律,同时检验加筋处治高坡度路堤的抗震效果,从而为路堤桩板结构抗震稳定性的分析与评价提供依据。研究结论:随着加速度的增大,桩顶水平位移峰值以及桩身动应变峰值随之增大;桩身最大动应力出现在土层分界面下部,并且在分界面处,分界面上部和下部在振动过程中,振动方向存在相差;在地震情况下加筋能够有效地减少土体对锚固桩的动力作用;桩板墙结构抗震稳定性能较好,能满足高烈度地震区的工程抗震设计要求。     

填方边坡变截面桩板墙桩身内力及变形数值分析

以变截面桩板墙加固某山区填方边坡为工程背景,对支护结构的水平位移、竖直位移进行了现场监测。结合工程实际建立有限元模型,通过对实测位移结果和数值模拟位移结果的对比分析,验证模型的正确性,根据数值模拟结果,分析变截面桩板墙桩身内力及变形规律。研究结果表明:桩身弯矩从桩顶处先递增后递减,变截面处突变,距桩顶13 m处最大;桩身剪力从桩顶处先递增后递减,在13 m处为0,13 m以下反向先递增后递减,在10 m处剪力最大;桩身水平位移随距桩底距离增加而增加,变截面处较小,桩顶处最大。针对其受力变形特性,提出在桩顶与截面变化处设置连系梁,变截面处设置过渡段、控制土体压实度等变形控制措施,为后续工程设计提供参考。     

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。     

沿海地区珊瑚岩地层预应力管桩关键施工技术研究

沿海地区地层中存在大量珊瑚岩礁盘及珊瑚岩碎石,该地层中预应力管桩基础稳定性一直是工程界关注的问题.以三亚鹿回头小东海典型珊瑚岩地层工程实践为研究背景,研究沿海珊瑚岩地质条件下高强预应力管桩基础施工工艺,提出系统的施工参数、补桩方案和引孔技术,确保桩身的垂直度和承载力.针对珊瑚岩施工质量通病进行分类,并且指出实用的工程对策,最终总结出一套沿海地区珊瑚岩地层高预应力管桩关键施工技术.通过500 t强压静载试验和低应变检测桩身承载力,桩身完整度全部达到Ⅱ类桩以上,验证了该施工方法的合理性.     

预应力混凝土管桩的设计及施工研究

研究目的:通过某城际铁路无砟轨道路基基底加固处理的工程实例,本文介绍了预应力混凝土管桩复合地基承载力及沉降量的计算方法,以及管桩的施工工艺、施工过程中常见问题及预防措施等。并解决城际铁路高速无砟轨道建设过程中路基地段地基处理沉降控制的关键技术难题。研究结论:预应力管桩具有桩身质量稳定可靠、单桩承载力高、价格低、施工速度快、桩身耐打、穿透能力强、成桩质量检测方便等优点,为提高工程质量、增加经济效益发挥了重要作用,也为解决城际铁路高速无砟轨道建设过程中路基地段地基沉降控制的关键技术难题提供了一种安全可靠的地基处理方法。     

锚桩法静载桩基检测在港口工程试桩中的应用

通过锚桩法对钢管桩和预应力混凝土管桩进行试桩检测,研究竖向抗压极限承载力、码头区域各土层的桩侧极限摩阻力标准值,以合理确定码头基桩长度,为工程桩的沉桩锤型选择及确定停锤标准提供依据。试桩试验结果表明:预应力混凝土管桩及钢管桩在工程区域的施工及沉桩工艺可行。     

流沙夹层钻孔灌注桩钢护筒起拔时间数值分析

钻孔灌注桩于流沙夹层施工，流沙夹层应力会对成桩质量造成影响，工程中需依靠钢护筒护桩以确保桩基质量。为保证桩基整体质量钢护筒通常不被拔出，基于桩基受力状态适时起拔钢护筒以提升经济效益的相关文献极少。为确保起拔钢护筒后桩基稳定性，利用有限元软件ABAQUS建立桩土模型，模拟混凝土在达到初凝时间6 h前其强度随时间变化规律，研究在流沙夹层应力下钻孔灌注桩桩身位移及桩顶竖向承载性能。结果表明：在流沙夹层钻孔灌注桩施工过程中，桩身最大位移出现在流沙夹层范围内，证明流沙夹层地质会影响钻孔灌注桩成桩质量；在桩身混凝土灌注3 h后起拔钢护筒，桩径收缩值(缩颈值)小于规范允许限值，竖向承载力达到极限承载力的20%。基于此，在流沙夹层钻孔灌注桩施工过程中，可在灌注混凝土3 h后起拔钢护筒以提高施工效率与经济效益，但此时桩身无法立刻承受过大竖向荷载。     

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。     

金沙江大桥丽江岸重力锚碇基坑边坡稳定性分析及加固措施

以金沙江大桥丽江岸重力锚碇基坑西坡为研究对象,基于强度折减法,采用三维数值软件分四个阶段对该边坡进行变形特性分析和稳定状态评价,结合降雨条件实现多工况模拟,总结归纳了抗滑桩在不同阶段及模拟工况条件下的变形特征与规律,重点研究了腰梁及预应力锚索加固前后工况。研究结果表明：若仅采用抗滑桩支挡,难以防控边坡开挖和降雨作用造成的坡体变形;腰梁和预应力锚索的应用有效遏制了地表裂缝开展及桩身位移扩大。     

石武客运专线驻马店西站PHC管桩施工质量控制要点

石武客运专线驻马店西站采用预应力管桩对软弱地基进行加固处理,在管桩施工过程中出现了部分桩身损坏情况。为了提高管桩的利用率、降低成本,项目部组织技术人员对造成管桩损坏的各种情况作了统计、分析,并针对不同的损坏情况采取了相应的措施。采取控制措施后,管桩质量控制方面取得了良好的成效,承载力、桩身完整性方面都符合设计要求,合格率为99.4%。通过研究施工控制效果和总结施工经验,结合施工现场的实际情况,简要论述管桩施工过程中的质量控制要点。     

预应力管桩在复合地基工程中的应用

广州市江高—石井污水处理厂改良生化池基础施工中,采用静压沉桩法沉送预应力混凝土管桩(PHC桩)。在简要介绍PHC桩的施工方法后,重点分析了施工过程中出现的桩身倾斜、桩身断裂、爆桩头及接桩处松脱开裂等异常情况,并提出了相应的处理措施。     

入土深度和预加力对基坑支护结构变形及内力的影响

文章以某深基坑工程为背景,采用弹塑性本构模型,考虑地下水渗流作用,进行了基坑分步开挖有限元数值模拟。分析了围护桩入土深度和钢支撑预加轴力对桩身内力及变形特性的影响规律。结果表明,入土深度减小会明显增加坑底处桩身水平位移,但能显著减小桩身最大弯矩值;支撑预加力均匀施加方案不可取,进而确定了合理的围护桩的入土深度以及钢支撑预加轴力加载方案。     

多桩型复合地基在液化土层中的应用和承载力性能分析

针对新建太原枢纽(北六堡)物流中心综合楼建设项目中,采用碎石桩和预应力混凝土管桩多桩型复合地基处理中等粉砂土液化土层效果,分析单一桩型复合地基的承载力与多桩型复合地基承载力变化,对现场承载力试验检测结果进行分析及研究,为地震高烈度地区的液化土层进行抗液化处理提供运用经验,提高地基承载能力。     

弹性支承块式轨道桥梁结构地震响应分析

为研究弹性支承块式轨道结构对地震作用下桥梁结构位移、内力的影响,以某3跨预应力混凝土连续箱形高架轨道桥为例,利用Midas Civil软件建立考虑和不考虑具体轨道结构形式的高架轨道桥梁有限元模型,分析典型地震波作用下该高架桥梁的地震响应。结果表明:考虑具体轨道结构形式模型的连续梁桥主梁的位移、跨中正弯矩、支点负弯矩及支座处剪力均明显小于不考虑轨道结构形式模型的相应值,对主梁结构来说,设计中不考虑轨道结构形式是一种偏安全的设计方法,而考虑轨道结构模型的桥墩墩顶位移可能大于不考虑轨道结构形式模型的相应值,为安全起见,在进行轨道桥梁桥墩的抗震设计时应当考虑具体轨道结构形式的影响。