不同材料内管的圆中空夹层钢管混凝土构件轴压性能研究

为了研究不同材料内管对圆中空夹层钢管混凝土构件力学性能的影响,设计了内管为钢管、PVC管和PPR管的3种、共5根圆中空夹层钢管混凝土试件。对所有试件进行轴压试验并对其整体和内部的破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线、平均应力-应变关系曲线及横向应变发展规律进行分析,运用有限元分析软件ABAQUS对试件进行了轴压全过程模拟。结果表明:PVC内管和PPR内管试件破坏时的斜向鼓曲更为明显,其极限承载力、组合弹性模量和延性均逊于钢内管试件;PVC内管试件的横向应变发展最快;提出的有限元模型能够较好地模拟所有试件的前期刚度和钢内管试件的极限承载力;与钢内管相比,PVC管和PPR管在轴压全过程中仅承担微小的轴向荷载,且其与夹层混凝土的相互作用几乎为零;PVC内管的圆中空夹层钢管混凝土构件不可用于承重结构中,而PPR内管的圆中空夹层钢管混凝土构件可用于工程中。     

砂土地基中V-H-M组合荷载下单桩分析方法研究

海上风力发电机的大直径桩通常会受到多向荷载共同作用。在实践设计中,基础的竖向和水平承载性能是独立分开设计的,但大量研究证明竖向荷载对桩基水平承载性能具有重要的影响。将竖向荷载对大直径单桩水平承载性能的影响划分为3部分:(1)竖向荷载对桩周p–y曲线影响;(2)P–(35)效应;(3)桩侧摩阻力引起的反向弯矩。然后,以楔形体模型为基础考虑竖向荷载对桩侧土抗力极限值pu的影响推导了修正p–y曲线计算公式,在传统水平受荷桩的弹性地基梁方程中引入P–(35)效应和桩侧摩阻力引起反向弯矩,建立了均质砂土中承受水平力、竖向力及弯矩三向组合荷载下的单桩的分析方法。并将该方法应用于既有案例,验证了该理论方法的可行性。     

坚硬脆性岩体中圆形洞室岩爆破坏的平面应变模型试验研究

为了探讨圆形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机制,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了尺寸为800mm×800mm×200mm(长×宽×厚)、中心为φ160mm的圆形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行平面应变物理模型试验。试验结果表明:在保持物理模型试件水平荷载与垂直荷载相等并同步提高过程中,围岩由弹性状态进入塑性状态,σθ-(r/r0)曲线表现峰值后移,σr-(r/r0)曲线形状变化不明显。当对物理模型试件同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为600kN时,洞壁出现葱皮状剥落。同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为630kN时,围岩在极短的时间与极窄的加载区间内围绕洞壁出现大规模突发性破坏,继续同步施加Ph与Pv,在相对较长时间与荷载区间内,围岩应力调整,出现相对稳定期。     

分级荷载作用下土层锚杆承载特性试验研究

通过进行物理模型试验,研究了端锚型土层锚杆在分级荷载作用下各层锚杆的受力特征以及随荷载作用时间的变化规律。结果表明:(1)端锚型土层锚杆在地面荷载作用下,各层锚杆上的应变始终保持顶层最大,中间次之,底层最小的规律;(2)同一荷载作用下,随着作用时间的增长,端锚型土层锚杆轴向应变先增大后减小,直到稳定;随着地面荷载的逐渐增加,各级荷载作用下端锚型锚杆达到应变峰值的时间和应变稳定值的时间均为先增加后减小,表现出明显的时间效应;(3)端头锚固型锚杆较大荷载作用下,顶层和中间锚杆受力最大,底层锚杆受力最小。     

水平荷载桩室内模型试验系统研究

水平荷载下桩周土体的变形特性直接影响桩基的整体水平向承载力特性,然而常规试验手段下,水平荷载下桩体变形特性可以获得,而桩周土体的变形特性很难获得。因此,设计一套基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术的水平加载系统及其光学量测系统(主要包括光学平台、CCD(charge-coupled device)相机和线性激光器等),对水平受荷桩在加载过程中桩周土体位移场的发展变化进行非插入式量测;同时通过多切面的土体位移场的测量,得到水平受荷桩桩周土体变形的三维位移场,并与数值模拟结果进行对比分析。试验结果表明,桩顶荷载–位移关系表现为陡降型关系曲线,与典型的密实砂土中水平受荷桩的承载特性类似;在试验条件下,桩体表现为刚性转动破坏,转动支点约在基桩埋深的78%处。     

软黏土中水平受荷桩的静力和循环p–y曲线

首先介绍了构建软黏土中水平受荷桩静力p–y曲线的拟三维分析方法,该方法基于考虑土体特性的二维弹性虚拟加载上限方法和改进的三维极限承载力剖面。基于水平受荷桩的静力p–y曲线,引入土体不排水抗剪强度和塑性累积位移间的关系和Masing准则,建立了水平受荷桩的循环p–y曲线。采用考虑土体应力–应变关系及强度衰减的p–y曲线分析离心机模型试验,计算结果表明本文方法可较好地模拟黏土中水平受荷桩的静力及循环承载特性。经试验标定土性相关参数后,本文循环p–y曲线在不同循环荷载幅值下获得的桩顶荷载–位移滞回曲线及相应桩顶荷载衰减曲线均与离心试验结果基本吻合。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

工作荷载作用下群桩沉降比的估算方法

群桩沉降比是指群桩中各桩荷载与单桩荷裁相同时群桩沉降与单桩沉降之比,是评价群桩效应的重要指标。常见的群桩比计算方法有:(1)弹性理论法。其概念明确,但计算量大,不便于实际应用;(2)经验公式法。其计算简便,但概念不明确,考虑因素过少,估算精度差。因此,实际工程设计中需要一种概念明确、计算简便的实用计算方法。本文根据分层总和法计算沉降的概念,推导出群桩沉降比的简化估算公式。计算结果与弹性理论法及实测资料比较接近。具体内容有:(1)分析方法与公式推导;(2)本法与弹性理论解的对比分析;(3)与工程实测资料对比。     

混凝土与岩石类脆性材料的动态破坏机制研究

通过SHPB(分离式霍普金森压杆)装置对混凝土和岩石进行五种不同应变率下的动态压缩试验,得出了两种材料的基本动态力学参数,发现动态抗压强度、峰值应变都随应变率的增大而线性增加或呈二次函数增加,引入比能量吸收对材料的动态破坏机制进行研究,得出两类材料的动态破坏机制实际上就是材料在吸收冲击荷载能量后的一个动态失稳过程,吸收的能量越大,破坏越严重,且材料的能量吸收性质是由材料本身特性和应变率决定的.     

加载角度对斜向受荷桩承载特性影响的数值模拟

利用数值模拟方法对斜向受荷桩的承载特性进行了分析计算,主要研究加载角度对桩基承载特性影响。结果表明:(1)随着加载角度的增大,桩身水平位移显著增大;桩的承载方式由竖向承载为主逐渐向水平承载为主转化;(2)随着加载角度的增大,桩身最大弯矩逐渐增大,发生位置逐渐向深部移动;桩身弯矩的变化主要受荷载水平分量的影响。(3)斜向荷载下,随着加载角度θ的增大,桩侧土反力0点位置向深部移动;桩前最大土反力p1max和桩后最大土反力p2max与sinθ有很好的线性递增关系;(4)随着加载角度的增大,桩端阻力减小。     

群桩水平承载特性的现场试验研究及数值分析

本文设计了一套适用于现场试验的加载、测量和数据采集系统,分析水平荷载作用下群桩基础的受力情况以及周围土体的变形性状。同时,借助于PLAXIS 3D有限元分析软件对现场试验的群桩基础进行了数值模拟,将数值模拟结果与现场试验结果进行对比分析,验证了数值模拟结果的可靠性,并对水平受荷桩的承载性能做了进一步探讨。研究结果表明：在水平荷载作用下,桩身上部弯矩值较大且变化明显,对水平荷载作用较为敏感;桩身最大变形发生在桩顶,沿埋深增加其变形逐渐减小,桩周上部土体比下部土体较早进入塑性阶段;群桩基础中存在显著的群桩效应,各排桩受力不均匀,后排桩承担的荷载较大,前排桩承担的荷载较小;随荷载增加,群桩基础的影响范围越来越大,背荷面的影响范围远远大于受荷面的影响范围,加载方向的影响范围(5.9d～7.5d)明显大于正交于加载方向的影响范围(2.8d～3.9d),其中d为桩径。     

Q345钢材动态力学性能研究

采用MTS材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对我国钢结构建筑中常用的Q345钢进行准静态压缩试验和不同应变率下的冲击性能试验。试验结果表明:Q345钢在动态冲击下的强度明显高于准静态压缩下的强度,具有显著的应变率强化效应;但在分别比较准静态和动态冲击各自区域的应力水平时,发现不同应变率下其值相差不大,表现出对应变率变化不敏感的性质。在试验基础上,拟合得到了可用于冲击荷载作用下进行结构分析的材料本构模型。     

考虑桩-土非线性共同作用的横向受荷桩分析模型

基于桩周土 (砂土及粘土 )的常规三轴压缩试验 ,提出了一种有效计算水平横向受荷桩荷载与变形非线性关系的应力 -应变锥楔模型 (SSCW)法。该法从桩 -土系统共同作用机理出发 ,充分考虑了桩 -土间相互作用属性的变化对p -y曲线分析结果的影响。计算表明 ,通过SSCW法得到的桩土反应数值与实测值有良好的一致性     

软土地基中预应力管桩水平承载力的试验研究

通过单桩水平静载试验,研究软土地基中预应力管桩在水平荷载作用下的工作性状.根据试验实测数据,分析了预应力管桩水平受荷时荷载变形关系、临界承载力以及地基土的水平抗力比例系数.     

徐变对钢管混凝土界面粘结性能的影响研究

徐变是钢管混凝土在长期荷载作用下，应变随持荷时间的延长而逐渐变化的现象。文章通过实验方法研究在圆钢管混凝土上通过徐变加荷方法，观察试验过程，通过实验数据得出了构件推出试验的 P-s 曲线的特征及钢管应变沿纵向方向的变化规律，对圆钢管混凝土构件在长期荷载作用下的粘结性提出初步的观点。     

水平联合荷载作用下长桩弹塑性解析计算研究

基于线弹性地基反力法和桩侧土体简化的弹塑性本构关系,给出了水平地基反力系数沿深度线性增加情形下水平受荷半无限长桩控制方程的基本解,推导了水平集中力和弯矩共同作用时桩身最大挠度、最大转角和最大弯矩与荷载关系的无量纲解析表达式,并给出了高桩这一特殊工况桩头最大挠度的计算式。计算表明,最大挠度、最大转角和最大弯矩与荷载的关系具有非线性、非对称性,故采用常规线性叠加法进行联合荷载作用下的计算将偏于不安全。同时对复杂的解析解进行了简化拟合,拟合式计算精度较高,借助计算器即可进行相关计算,大大方便了工程的计算应用。通过与相关文献中结果的计算对比表明本文方法可较有效地进行水平受荷桩的计算分析。     

长期荷载作用下的水泥土力学性能

高喷搅拌水泥土插芯组合桩是一种适用于软土地区的新桩型,作为其重要组成部分的水泥土在长期荷载作用下的力学性能尚不清晰。通过水泥土试块室内长期持荷试验,研究了水泥土在不同持荷时间、不同荷载大小条件下的破坏模式、承载性能,并分析了其力学性能。试验结果表明持荷时间对水泥土试块的破坏模式无明显影响,对水泥土试块的强度有较大影响,当荷载水平0.5时,水泥土强度随荷载水平的增加而增大,超过0.50后,水泥土强度随荷载水平的增加而衰减。水泥土荷载阈值可取持荷水泥土强度的28%~30%,设计时高喷搅拌水泥土插芯组合桩中的水泥土承担荷载值应小于荷载阈值。     

桩侧桩端后注浆灌注桩水平静载特性研究

通过分析某地区冲孔灌注桩水平静载试验结果,对桩侧、桩端后注浆技术在冲孔灌注桩承受水平荷载工况下的应用效果进行了试验研究,结果表明:(1)冲孔灌注桩水平承载力特征值、临界值以及极限值主要取决于桩土之间的相互作用力;(2)通过比较单桩与后注浆单桩试验结果,后注浆桩基水平临界荷载提高了25%,极限荷载提高了14.3%;(3)后注浆单桩桩侧土水平抗力系数的比例系数提高了57%;(4)对于双桩承台,后注浆承台实测值相对比于未注浆承台的计算值,其水平临界荷载值提高了33.7%;(5)基于各种土层变形模量与桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值的关系,建立了土层变形模量与m值的直线型关系式,并推导出了后注浆桩周土层的复合压缩模量表达式,给出了计算后注浆桩周土的m值计算方法。试验与计算均表明:采用桩侧桩端后注浆技术,可较显著的提高冲孔灌注桩的水平承载力。     

水平及扭转荷载作用下群桩基础受力分析方法

江河与海上的大型结构在船舶撞击、风浪等作用下,其桩基础往往会受到水平及扭转荷载共同作用,极易造成基础倾斜倒塌。针对水平和扭转共同受荷下群桩基础,建立了由刚性承台-弹性梁-土非线性弹簧组成的群桩计算模型。通过水平p-y曲线法、竖向荷载传递法、扭转τ-θ曲线法,计算单桩非线性刚度;群桩各基桩间相互作用和基桩各自由度耦合,通过考虑p乘子和运用考虑推力弯矩影响的基桩受扭计算模型体现。结合牛顿迭代法,对计算模型进行求解,并与大尺寸物理模型试验结果进行了对比。通过参数分析表明在水平和扭转荷载共同作用下,群桩中各基桩桩头剪力分配不均性十分显著;并获得不同承台高度时群桩中基桩轴力变化规律,为复杂荷载下群桩设计提供依据。     

灌注桩的竖向静载荷试验及其受力性状分析

桩基础是一种应用十分广泛的基础形式，迄今为止，桩的静载荷试验仍是确定单桩承载力、提供合理设计参数、检验桩基质量最基本、最重要的方法。常规静载荷试验测试装置主要由加荷系统、反力系统和观测系统三部分组成。通过慢速维持荷载法加载，得到荷载与桩顶沉降的关系。１桩端沉降测试装置的构造在常规测试装置上增加桩端沉降的测试装置的具体作法是：预先在钢筋笼内侧埋设２根直径１０mm左右的桩端沉降测管，通长到底，底端封死；然后再在其内下放直径４０mm管作为沉降测杆（相当于圆珠笔芯放置于圆珠笔筒内），在测杆顶部各装１只千分表…