桥梁群桩基础非线性受力特征及影响参数分析

作为与墩身一起共同构成抵抗水平地震作用的结构构件,桩基础的抗震设计方法及计算模型将影响着桥梁工程的整体抗震性能。由于桩基础的非线性同时涉及到地基土及桩身构件的非线性,因此其非线性特性极为复杂。提出了群桩基础非线性静力计算模型,并通过拟静力试验进行了验证。利用该模型系统研究了群桩基础的非线性受力特征,总结了主要参数的影响规律。研究结果表明:(1)提出的群桩基础非线性静力计算模型可较好地模拟地基土及桩身的非线性。采用分布PM塑性铰可模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,追踪桩身塑性铰的产生过程及分布特征。(2)群桩基础中的单桩初始屈服后,群桩基础承载能力还可继续增加,单桩屈服对应的水平荷载并不能代表群桩基础的水平极限承载能力。(3)提高桩身配筋率能同时提高桩基础的极限承载能力与极限位移,提高桩身含箍率可显著提高桩基础的极限位移。(4)墩高对桩身塑性铰分布影响较大。增加墩高时,塑性铰的分布逐渐向桩顶移动。对于高墩桩顶为薄弱部位,而对于矮墩地面以下某一部位桩身截面为薄弱部位。     

考虑具有不同土层地基系数变截面桩基础墩台计算精确解

本文根据桩基础墩台构造特点，推导了几种常见载荷（集中力、分布力及桩侧地基土作用）情况下表示单元两端节点内力、位移关系的传递矩阵和传递向量。利用墩顶及桩底边界条件得到墩身、桩身凝聚于承台上的刚度矩阵和作用在承台上的外载荷列阵，适用一般桩基础墩台的各种计算。     

水平加筋与散体材料桩组合型复合地基承载力计算

研究了单层水平加筋与散体材料桩组合型复合地基的承载力计算方法。在同时考虑水平向加筋体的约束作用及桩土接触面存在剪切力的基础上,依据极限平衡条件推导出水平向加筋和散体材料桩双向组合型复合地基承载力计算公式,可以同时考虑水平加筋以及桩体和土体重力对地基承载力的贡献。通过工程实例,探讨了土体的内摩擦角、粘聚力、桩土接触面的摩擦角以及水平加筋对复合地基承载力的影响。分析结果表明,提高土体的内摩擦角、粘聚力、桩土接触面的摩擦角等可以提高复合地基承载力;其他条件相同时,桩顶设置水平加筋层后,地基承载力可以得到较大提高。     

基于Pasternak地基模型的分层土群桩振动阻抗分析

在Winkler地基模型中考虑地基土的抗剪能力,考虑桩土相互作用得到了邻桩的动力相互作用因子,并在此基础上进一步推导了群桩阻抗。分析了轴向力参与下单桩-群桩水平阻抗特性,拓展了分层土地基中求解单桩-群桩动力相互作用的简化方法,并与相关的算例进行了比较,验证了模型的有效性。算例分析表明,Pasternak模型的计算结果要比Winkle模型偏大,桩顶轴力的存在使群桩阻抗减小,且群桩水平阻抗峰值随土层弹性模量比的减小而增大,桩距径比对分层土群桩阻抗影响较大,该方法理论上更严谨,更符合工程实际。     

台背高填路基对墩桩影响的数值仿真模拟分析

高填路基对邻近墩桩结构会产生不利的影响,尤其当填方土体量较大,地基中含有一定厚度的软弱夹层时,其产生的不利影响更不容小视。文章结合工程实际,考虑台背填方自重、软弱夹层等因素,采用有限元软件,通过建立墩桩的内力与位移的计算模型及桥墩、地基与桩基础的空间计算模型,并比对现场实测位移数据,研究开挖卸载不同程度的台背填方路基下墩桩的力学与变形特性,同时,对比不同位置处的桩基计算结果。以期为同类桥梁工程的桩基础设计、施工规范及安全运营提供依据和经验。     

地震作用下桥梁承台桩基础力学行为分析及设计

承台桩基础广泛应用于我国跨海跨河桥梁。由于地质条件差,受地震影响难以预估,依托甘肃天水大桥工程实例在实验室进行缩尺模型试验研究,通过滞回曲线、耗能分析等力学行为对缩尺试件研究得出结论:墩顶滞回曲线以此呈梭形、弓形、反S形、Z形四种类型变化,符合钢筋混凝土构件一般规律,±60 mm位移加载条件下墩顶力达到32 kN。试验过程中,水平荷载加载至15 kN时,地基土开始产生裂缝,水平荷载加载至20 kN时桩身产生多条闭合裂缝,比预期裂缝产生时间较早,在桩身设计阶段应考虑适当提高配筋率。模型等效粘滞阻尼系数在墩顶水平位移为45 mm达到最大为0.15,此时试件桩身破坏。     

桩基础有限元法分析

桩基础应用广泛，但计算麻烦，传统的计算方法只能考虑单一的土层，对于多层土的地基要采用换算的地基系数。本文采用有限元法分析桩基础，用弹簧模拟桩侧土对桩的作用，可考虑不同的土层，适用范围更广，计算表明本法具有足够的计算精度。     

桥梁群桩基础沉降计算

考虑群桩基础间土的分层、桩对土的“加筋效应”及桩与桩相互作用情况下的剪切变形传递法用于计算桥梁群桩基础沉降，并将计算结果与规范方法进行比较。     

桩基础桥梁非线性地震反应分析模型及试验研究

为研究强震下桩基础桥梁的非线性地震反应滞回规律,综合考虑桩侧土水平向仅受压非线性与竖向的摩擦作用以及桩尖土的非线性压入与提离作用,提出了桩基础桥梁的非线性地震反应分析模型,并通过单墩桩基础桥梁模型的拟静力加载试验验证了改进模型的合理性。以某客运专线跨度为32m的双线简支梁重力式桥墩为背景,根据不同构件的非线性建立了4种模型,利用非线性时程反应分析方法对4种模型进行分析。结果表明,承台底剪力~水平位移、承台底弯矩~转角呈纺锤状滞回规律,地基土的仅受压非线性特性对地震反应结果影响较大,建议桩基础桥梁在进行非线性地震反应分析时考虑地基土的影响。     

考虑支座摩阻效应柔性墩纵向水平力优化设计

为研究支座摩阻效应对柔性墩台纵向水平力的影响,基于墩顶抗推刚度集成法,提出了考虑支座摩阻效应墩顶纵向水平分配力的二次分配理论框架。基于某一简支梁桥采用本文理论方法进行摩阻系数为0,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06下的墩顶水平力分析,并获取最优摩阻系数取值。结果表明：墩顶纵向水平力的分配与支座摩阻系数有关,不考虑支座摩阻力会使得墩顶水平力离散性较大,各墩顶水平力差异化明显。在计算汽车制动力对墩顶纵向水平分力影响时,支座的摩阻效应不可忽略。通过对某一实际简支梁桥计算分析,采用摩阻系数为0.03的支座可使得墩顶在纵向水平力分配更为合理。本文的研究成果可为桥梁结构的支座选用提供参考。     

单桩荷载传递法修正计算分析

基于层状地基采用双曲线模型为荷载传递函数,提出了用Mindlin解和桩土共同作用的联合方法对荷载传递法的进行修正,并计算分析了单桩承载特性。将Lee的方法与双曲线荷载传递函数相结合使得Lee方法中考虑土体横向连续性的优点得以发挥。将横向连续性与竖向连续性修正相结合得到修正荷载传递法,用编制的计算机程序进行了工程实例的计算,结果表明,计算结果与实测值较为接近,其土层的平均SPT值较小,土体较容易产生变形,当试验荷载较高时,可能造成桩周土与桩身之间的滑移。修正荷载传递法与未修正和仅进行竖向修正的荷载传递法相比具有一定的精确性,能更好地反映单桩承载特性,且适用于群桩的分析计算。     

基于Vesic圆孔扩张理论的桩周土抗力计算方法研究

随着目前城市建筑物容量的增大,对作为其主要承载构件的桩基础的承载性能提出了更高的要求。桩-土相互作用问题是桩基水平承载性能研究中必须考虑的重要内容,该问题的研究对于完善桩基础设计理论和指导工程实践具有重要意义。基于Vesic圆孔扩张理论,分析水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,根据桩身产生水平位移后桩周土应力为近似椭圆形非均匀分布的特点,综合考虑纵向应力变化、桩基整体转动和桩-土摩擦效应对桩侧土抗力的影响,建立二维平面状态下的桩-土相互作用的力学模型,以此推导水平荷载作用下的桩侧土抗力计算公式,得到基于应力增量的p-y曲线计算方法,并通过实例计算验证该方法的适用性,最后针对桩-土参数进行影响因素分析。对比所提方法的计算结果与模型试验的结果可知：将该理论方法应用于水平荷载作用下桩侧土体力学效应的计算时,计算结果和现场实测数据较吻合,尤其在桩基受荷产生较大水平位移时,两者表现出了较好的一致性。通过对桩-土参数等影响因素的计算分析,讨论了桩径、土体内摩擦角和土体变形模量等桩-土参数对桩周土体应力结果的影响,得到了桩周不同位置处土体径向应力和切向应力的变化规律。     

横坡段桥梁双桩结构内力和位移计算

针对横坡段桥梁双桩基础,引入陡坡效应,并对桩侧边坡下滑推力和桩侧岩土体抗力进行合理简化,建立基于前后桩各特征桩段结构和受荷特点的挠曲微分方程。采用幂级数法对方程求解,考虑桩顶和桩端的边界条件及各特征桩段之间内力和位移的连续性条件。通过对某双桩工程实例进行理论和有限元计算和分析,得出该理论方法具有一定的可靠性及设计的合理性。分析结果表明:理论计算和有限元计算的最大相对误差为3.32%,且理论计算的前后桩桩顶水平位移为8.573 mm,有限元计算的前后桩桩顶水平位移为8.867 mm,二者均满足规范要求。     

p-y曲线法研究现状及存在的问题分析

对于承受水平荷载作用桩基的设计与计算,我国桩基规范,公路桥涵地基与基础设计规范等只纳入了K法和m法。p-y曲线法较好地反映了桩土共同作用的变形特性,是计算水平受荷桩的重要方法之一。在对p-y曲线法目前的研究现状进行总结的基础上,对其存在的问题进行分析,并提出今后研究的方向。     

中日桥梁抗震设计规范中群桩基础设计的比较研究

该文比较了中国和日本两国桥梁抗震设计规范中群桩基础的抗震设计方法,并结合一座连续梁桥分别采用中日规范进行抗震分析与比较。中国规范要求桩基在地震中保持弹性工作状态,而日本规范允许桩基在特殊情况下塑性屈服;中国规范对群桩基础仅进行强度指标验算,而日本规范对强度、位移或转角进行验算;中日规范的群桩基础抗震计算方法基本相同。实例计算表明:对于桥墩的地震需求,"日本规范"明显比"中国规范"大;但对于群桩基础的地震需求,当桥墩屈服后,基本一致;基础的转角不控制设计。     

多跨连续矮腿V型刚构的设计对策

该文以宁波市福庆路后塘河大桥为例,通过对矮腿V型刚构桥不同基础形式的计算结果分析,得出在基础水平刚度较大情况下,总体温度及收缩徐变是影响V型刚构桩基轴力分布不均匀的主要原因。根据计算结果,提出采用大直径的单排桩基形式,以降低桩基的水平刚度,解决桩基轴力不均匀分布的问题。最后,结合设计意图,提出一些有效的施工及构造保证措施,确保桥梁的顺利建成。     

盾构隧道施工对邻近桩基的影响研究

以杭州地铁隧道二号线某区间盾构下穿桩基建筑为研究对象,通过数值模拟方法分析了盾构隧道布置位置对邻近桩基变形的影响,并与土层变形传统预测公式进行比较。研究结果表明:当隧道位于桩基正下方时,隧道开挖造成上部桩基及周边土体较大沉降;随着隧道和桩基水平距离增加,隧道开挖对桩基和周边土体影响逐渐减小;当水平距离与桩径的比值（L/D）大于6时,隧道开挖对桩基及周边土体影响较小,数值模拟结果和传统公式预测值接近。     

桩基施工对邻近轨道交通的影响分析

采用数值模拟分析方法,考查了不同水平距离下桩基施工对附近隧道产生的影响,旨在研究一定桩长条件下桩基与轨道交通的临界距离.研究结果表明:桩基施工对隧道竖向变形的影响较大,对水平变形的影响较小;随着水平位移的增加,隧道的水平位移、竖向位移均呈指数减小.为临近轨道交通桩基设计与施工提供参考.     

竖桩和斜桩在拱式桥梁工程中的应用比较

本文对斜桩受力及承载力计算进行了探讨 ,并通过对竖桩和斜桩的受力比较 ,认为在拱式桥梁工程中斜桩受力比竖桩受力有利 ,因此 ,拱式桥梁桩基可采用带有一定倾斜角度的斜桩来承受拱座垂直反力与水平推力 ,可不再设台后阻滑板 ,减少工程开挖量 ,节省工程投资。     

桩柱式高桥墩桩基稳定性分析

基于桩柱式高桥墩桩基与一般桩基的差异,以及高桥墩桩基中桩、柱和土体共同工作的原理,建立了将桩和柱视为一个整体的分析计算模型。假设桩侧摩阻力随土层变化均匀分布,并假定桩侧土体地基反力系数随深度线性增加,由能量法得到了考虑高桥墩桩基中桩、柱材料和几何特性差异的桩土体系总势能,利用势能驻值原理导出相应的屈曲临界荷载和稳定计算长度。计算结果表明,通过改善土体性质,可提高桩柱式高桥墩桩基的稳定性能,但在柱桩刚度比较大,埋深较小时,其效果是有限的;高桥墩桩基的无量纲稳定计算长度随桩埋深的增加而增大;桩柱式高桥墩桩基可能存在一最优的柱桩刚度比,此时柱、桩、土三者共同作用体系最为协调。经与有限元数值分析结果比较发现,两者吻合很好。