抛物线分布荷载推力桩双参数法的2种数值解

为适应抛物线分布荷载推力桩的设计和计算的需要,提出和探讨地基水平抗力系数按双参数模式表达下桩身位移和内力计算的有限差分法和弹性地基杆系有限单元法.编制全桩位移、内力计算和图形处理有限差分程序.实例计算结果表明,2种数值计算方法所得结果相当一致.根据试桩实测资料试算确定地基抗力双参数后,二者即可高效而可靠地对承受抛物线分布荷载推力桩进行设计计算与分析.     

复杂荷载及边界条件下基桩有限杆单元方法研究

基于传统有限杆单元法并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,导得了具有简洁统一形式、计入P-Δ效应的杆单元刚度矩阵,由此得出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分散集中荷载综合作用下考虑桩身倾斜影响基桩内力位移分析的改进有限杆单元法。利用本文改进有限杆单元Matlab分析程序,结合某具体实例,对不同边界条件下基桩内力及位移进行了计算分析。结果表明:改进有限杆单元方法用于复杂荷载及各种边界条件下基桩计算分析是有效的,且桩顶边界条件对桩身内力位移影响显著,而桩端边界条件对桩身内力位移影响较小。     

水平梯形分布荷载桩双参数法的数值解

为提高现有水平梯形分布荷载桩设计计算水平，提出了地基系数按双参数抗力模式表达下的水平梯形分布荷载桩位移和内力计算的有限差分数值分析方法，并详细推导了桩身位移的差分格式。基于这些公式，编制了全桩位移、内力及侧土抗力的计算和图形处理程序，可适用于滑坡抗滑桩和深基坑悬臂支护桩的设计计算。算例表明，该方法方便可靠，当有限差分段划分得足够小时，可使数值解接近于真实解。通过调整地基系数进行试算．可实现桩身位移和内力计算结果与实测或实际值较好吻合，从而为有试桩资料的条件下反算地基抗力系数提供了一种验算方法。计算程序的自动图形处理有助于桩身结构设计的优化和经济效益的提高。     

水平荷载下桩侧土体位移分布的弹性解及其工程应用

首先基于桩土共同工作理论推导出水平荷载作用下桩侧土体内的位移与应力径向分布的弹性解析解;然后,根据变形模量与位移的近似关系确定桩侧地基土体内的变形模量分布,并通过一定范围内的加权平均获得地基土的加权模量,再由有限层法获得地基加权刚度,由此可近似考虑土体的分层与非线性特征。在此基础上,用VB6.0编制出改进的水平受荷桩有限元—有限层计算程序。最后,结合某工程实例,采用所编制的程序讨论了不同桩侧地基土体变形模量分布模式对桩身内力分布的影响规律,对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元—有限层法能更合理地分析水平受荷桩。     

成层地基土中水平受荷桩桩身响应的矩阵传递解

目前关于成层地基土体中水平受荷桩内力与变形的研究相对较少。将成层地基土体假设为均质弹性介质,将桩视为竖向放置的弹性地基梁,同时将桩-土之间的相互作用关系假设为一般形式的三参数地基反力模型,建立桩身响应的微分方程,并采用Laplace变换解得任意土层深度处桩身响应的矩阵传递系数进而得到成层地基土中水平荷载作用下桩身位移、转角、弯矩和剪力的矩阵传递解。相比传统的有限差分法与幂级数法,矩阵传递法求解成层地基土中的水平受荷桩时更加便捷。通过算例对比,验证了矩阵传递法解的正确性。最后进行了桩身响应的参数影响分析,结果表明:桩顶边界条件对桩身变形与内力沿桩身的分布规律影响显著;同时,地基反力模型中的参数0z和n对桩身最大水平位移、最大弯矩的影响较为明显。     

弹性抗滑桩内力计算的有限差分法

在传统抗滑桩内力计算的悬臂桩法的基础上,将滑动面以上的部分视为定向铰支的悬臂梁,以使滑动面上下位移符合连续性条件,滑动面以下采用地基系数"m"法计算桩身内力,并在此基础上推导了有限差分计算公式。用MATLAB编制了弹性桩全桩的内力计算程序,可用于滑坡推力和桩前剩余抗滑力为梯形、三角形和矩形的情况。     

基底土反力对地下室底板设计的影响分析

以荷载传递法、有限单元法和弹性理论法的混合解法为基础进行桩筏基础体系分析。深入研究桩筏基础在桩基发生沉降过程中基底土反力和底板内力的变化规律,合理计算桩筏基础地基土荷载分担比,并提出基础底板设计中荷载取值的原则,为多层及小高层地下室底板设计提供依据。     

考虑轴向横向荷载共同作用的基桩可靠度

结合确定性有限单元法与响应面法提出一种分析基桩可靠度的计算方法,并对基于桩顶水平位移过大和桩身材料屈服失效模式下倾斜荷载桩的可靠度进行了探讨,讨论了这两种破坏模式下影响基桩可靠度的多种因素,得到了若桩身施工质量控制水平较好,可按桩身材料屈服失效模式设计,若施工质量控制不理想,则宜按水平位移失效模式设计,以及倾斜荷载桩虽然存在P-A效应,但是和水平荷载影响相比,竖向荷载的变异性对基于桩顶水平位移过大和桩身材料屈服失效模式下基桩的可靠度影响不大等结论.     

深基坑内撑式支护结构的有限差分算法研究

为克服现行规范建议采用单参数m法的缺点,将分析水平推力桩的综合刚度原理和双参数法延伸至作用有水平分布荷载的基坑内撑式支护结构变形和内力计算中,建立一种基于此原理和方法的改进的弹性地基梁有限差分算法。此外,为考虑动态施工过程,引入增量法对各工况进行计算分析,并根据现场实测数据,反演出合适的综合刚度和双参数。计算结果表明,该方法得到的水平位移和弯矩,均与实测结果吻合良好,而采用单参数m法却很难使支护结构的位移和内力同时较好地与实测值相符。反分析所得的综合刚度和地基抗力双参数,可应用于同一基坑工程相同结构或同一地区工程地质条件和支护结构相似的设计计算,无疑可获得较现行单参数法更为准确的设计计算结果。     

双排桩开挖过程的改进有限元分析方法

在现有的双排桩计算模型上,提出了改进有限元计算方法。在该法中,将被动区的土压力视为弹簧反力,考虑地基反力系数的变化,并将弹簧反力转化成等效结点力且表示成单元结点位移的函数,由此得到弹性地基梁单元矩阵,最后建立平衡方程求解内力和位移;按改进方法,分步开挖考虑了开挖过程中桩体内力和位移的连续性,采用增量法来计算开挖过程的荷载增量。     

层状地基中隧道开挖对临近既有隧道的影响分析

首次采用弹性层状半空间地基模型,建立了多层地基中隧道开挖对临近既有隧道影响的连续弹性分析方法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中求解此类工程问题的状况。首先,采用Laplace积分变换得到了直角坐标系下单层地基应力和位移的初始函数,在此基础上,运用矩阵递推技术,给出了竖向荷载作用下层状地基中应力和位移的解析表达式并将其作为分析该问题的基本解。然后,采用弹性层状半空间地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli梁,地基土体连续位移采用弹性层状半空间体系的基本解进行计算,并引入临近隧道开挖引起的土体自由位移场影响建立该问题的连续弹性求解方程,从而可以求得隧道纵向位移和内力。最后,结合离心模型试验和有限元数值模拟算例进行分析,验证了本文方法的有效性。此外,为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,还对几种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。成果可为合理制定地下工程施工对临近既有隧道的保护措施提供一定的依据。     

水平受荷桩的耦合算法

目前,计算水平受荷桩基时较为流行的是p-y 曲线法和Poulos 弹性理论法。本文在p-y 曲线法和Poulos 弹性理论法的基础上,提出一种能够考虑两者优点的耦合算法。根据p-y 曲线法分析得出相对于不同土体应力状态的弹性模量,利用分析得出的弹性模量,采用Poulos 弹性理论法考虑桩土之间的相互作用。实例分析表明,提出的耦合算法能够较为有效地分析水平受荷桩基。     

推力桩计算的综合刚度双参数法B样条函数解

针对现有综合刚度双参数法计算推力桩的幂级数解析解和有限差分法公式较为冗长、编程不便和查表手算较为繁冗的不足,文章结合解析解反算桩-土综合刚度和地基系数的双参数,采用B一样条函数能量配点法进行桩身位移、侧土抗力和内力计算的新方法。实例计算表明,该法方便可靠．对于推广综合刚度双参数法在推力桩计算工程中的应用是有益的。     

水平荷载单桩计算的综合刚度和双参数法杆系有限元数值解

 为提高水平荷载单桩设计计算的准确度和效率,建立基于综合刚度和双参数法原理的杆系有限元数值解。同时,从理论和对静载试验实例的分析上,指出我国现行规范建议的水平荷载桩设计计算m法存在的缺陷,建议改进方法。本文建立的杆系有限元法不像解析法那样存在参数取值的限制,避免了烦琐的查表计算,且无需对桩端约束条件进行假定及区分长桩、短桩和中长桩。实例计算比较表明,当采用与解析法相同的综合刚度和双参数时,杆系有限元解与解析解结果吻合很好,能保证桩顶位移和转角、桩身最大弯矩和及其作用位置与实测结果基本一致;当根据桩长范围内土层变化确定各土层比例系数m,通过若干次试算调整幂指数n和综合刚度EI可获得较解析法更好的计算结果。     

利用旁压试验分析设计横向受荷桩

本文从理论上导出如何通过旁压曲线确定桩的P-y曲线。对地基土的反力函数提出双曲线模型P(z,y)=y/[a(z)y+b(z)]的假设,并考虑其系数a(z),b(z)随深度z成线性变化。以这一模型拟合桩的P-y曲线族,求出系数a(z),b(z),得到地基土反力P(z,y)的数学表达式。对横向受荷桩的求解问题则采用弹性地基梁的微分方程,用有限差分法,并考虑边界条件进行求解,编制了单桩受横向静荷载作用下的分析求解程序,供饱和粘性土中的单桩计算应用,并通过一个实例进行计算对比,表明理论结果与实测结果相当吻合。     

横向受荷桩桩侧土体位移应力分布弹性解

基于桩土共同工作机理推导出横向受荷桩桩侧土体内位移与应力分布的弹性解析解,可用于分析土体中某点在水平力作用下位移及应力应变的变化规律。根据土体变形模量与位移的近似关系获得桩侧地基土体的模量分布与加权模量,将其用于有限元–有限层法进行横向受荷桩的受力变形分析,可近似考虑土体的非均质与非线性等特性,并编制出计算程序。最后,结合工程实例讨论了不同桩侧土体变形模量分布模式对桩身内力变形的影响规律。对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元–有限层法能更合理地分析桩土共同工作。     

Analysis of laterally loaded short and long piles in multilayered heterogeneous elastic soil

A continuum-based method is developed for the analysis of laterally loaded piles in multilayered, heterogeneous elastic soil. The analysis considers the soil as a layered elastic continuum in which the modulus varies linearly or non-linearly with depth within each layer. Rational soil displacement fields are assumed and differential equations describing the pile and soil displacements are obtained using the principle of minimum potential energy. The differential equations describing the pile and soil displacements are solved using the Ritz method and the finite difference method, respectively, following an iterative numerical scheme. The analysis is used to study different pile geometries embedded in layered soil deposits with heterogeneity in each layer. The pile displacement, rotation, and maximum bending moment obtained from the analysis were found to be in good agreement with those obtained from an equivalent three-dimensional finite element analysis and from other studies available in the literature. The analysis can be used to obtain the pile head displacement, rotation, and maximum bending moment that can then be used in design.