大变形条件下单桩水平承载性状分析

针对大变形条件下承受水平荷载的单桩基础,采用沿深度线性增加并能较好的反映上部土体抵抗侧向变形能力的地基反力系数,及简化的土体弹塑性本构关系,推导出桩身变形和内力的计算公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。算例表明:桩的水平位移和弯矩随水平力和力矩的增加而非线性增大;桩身位移随距离地面的距离的增加而减小,距地面的距离超过10倍桩径时桩身响应极小,可忽略不计;桩顶约束是桩身响应沿桩身分布的重要影响因素;随着桩周土体力学性质的改善,桩的最大位移和最大弯矩均明显减小。计算值与现场实测值吻合度很高,且比已有解计算结果更优,所得解及程序是可靠的。     

基于Winkler弹性地基梁模型的桩承式挡墙托梁受力分析

山岭地区的深回填工程常采用桩承式挡墙进行支挡,目前桩承式挡墙设计时把托梁当作位于桩顶的弹性梁,没有考虑下部土体对托梁的作用,这与托梁的实际工作状态不符。基于此,考虑托梁受下部桩基和填土同时作用,假设托梁为Winkler弹性地基梁,根据托梁上作用荷载相等的原理,建立了桩承式挡墙托梁的力学分析模型;然后基于Winkler弹性地基梁的初参数解,得出托梁不同位置处挠度、转角、弯矩及剪力的解析解,并通过退化对比验证了所得结果的正确性。进一步研究发现:按弹性地基梁理论计算所得的梁内最大弯矩和最大剪力,均小于按传统一般连续梁理论计算的结果,且最大弯矩与跨度的平方成正比,最大剪力与跨度成正比。该结论可为桩承式挡墙的设计提供参考。     

(第六届水利岩土学术讨论会推荐稿)水平受荷大尺寸钢管桩离心数值试验研究

大尺寸钢管桩是近海风电场建设中最常用的单桩基础之一。基于水平受荷钢管桩离心物理试验成果,以三维有限差分方法为技术手段开展离心数值试验,深入揭示桩-土相互作用关系。研究结果表明：水平受荷下钢管桩侧向变形显著受控于土层弹性模量,通过对计算参数的反演,在验证各级水平荷载条件下离心数值试验桩顶变形、桩身挠度及弯矩分布等与离心物理试验基本吻合的前提下,提取水平受荷条件下钢管桩不同埋深截面区间的荷载-位移（p-y）关系,对不同层位地基土所提供的水平抗力及其分布规律有了系统认识。物理试验和数值试验相结合的研究方法有效克服了物理试验中监测数据有限、监测工具布设困难等缺点;同时,本研究中基于数值试验获取水平受荷桩p-y曲线关系的方法具有普遍适用性,可供实际工程中桩基水平承载力设计参考。     

小型预制桩基础承载特性数值模拟研究

本文建立硬化土本构模型,针对江苏省软土地区的土质条件选取数值计算参数,通过PLAXIS 2D软件对小型预制桩在的单桩水平受荷及竖向受荷进行数值模拟,得到桩身弯矩沿桩长的分布以及荷载-位移曲线,分析小型预制桩基础桩身弯矩的分布特点,并探求其在水平及竖向荷载作用下的承载特性,进而能够为小型预制桩基础工程设计以及计算方面提供一定的参考依据。     

水平受荷斜桩双曲线型p-y曲线的构建及其应用

基于模型试验获得中密干砂中水平受荷斜桩的桩侧土反力p与桩身位移y的关系曲线,探讨斜桩和直桩的桩侧极限土反力、初始地基反力模量与桩身倾角的关系,构建砂土地基斜桩的双曲线型p-y曲线. 应用建立的双曲线型p-y曲线对文献[16,20]的模型试验进行计算,计算结果与实测结果具有较好的一致性,验证了建立的双曲线型p-y曲线的合理性. 运用建立的p-y曲线,分析影响水平受荷斜桩性状的因素,结果如下. 1）与桩顶自由条件相比,斜桩桩顶固支可以有效地减小桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力. 2）在竖向下压荷载作用下,正斜桩和直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加而增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加先减小至0,再反向增大. 在竖向上拔荷载作用下,直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而减小,正斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加先减小至0,再反向增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而增大.     

开挖诱发坑内既有基桩附加内力的模型试验

既有建筑下挖改造引起的基坑被动区土体侧移会对坑内基桩承载性产生重要影响. 通过室内模型试验研究坑内基桩在被动区土体侧移作用下的桩身受力特性,重点分析支护结构与坑内基桩距离、开挖深度、桩顶竖向荷载及承台约束高度对基桩弯矩和剪力的影响. 试验结果表明,在悬臂式支护开挖条件下,被动区土体位移模式呈倒三角形,基桩弯矩和剪力沿桩身分布具有多个异号峰值,桩身自上而下可分为开挖裸露段、被动受荷段和主动作用段. 基桩与支护水平间距越小、基坑下挖深度越大,基桩各部位弯矩和剪力越大,且竖向受荷和桩身侧向变形的耦合效应将使桩身弯矩变大. 桩顶约束高度的改变会对基桩弯矩和剪力产生影响,在其他条件相同时,约束高度越大,基桩弯矩和剪力越小. 研究结果可为地下增层工程的设计提供支撑.     

任意荷载作用下梁-柱的新型实用算法

采用渐进积分法研究了简支梁-柱分别在横向分布力、横向集中力和力偶作用下的弯曲问题.构造了各种荷载作用下梁-柱的四阶微分迭代方程和边界条件.首先选取简支梁只有横向荷载的挠曲线作为梁-柱的初函数，然后将初函数代入梁-柱的四阶微分迭代方程进行积分，得到下一次迭代挠度函数，依次进行迭代积分运算.编程计算出了用轴力放大系数表示的最大挠度、最大转角和最大弯矩的简单多项式解析函数.经过六次迭代，与精确解相比，当梁-柱所受的轴向力是欧拉临界力的1/2以内时，误差可以控制在1%以内，达到了令人满意的工程精度要求.     

水平受荷大尺寸钢管桩离心数值试验研究

基于水平受荷钢管桩离心物理试验成果,以3维有限差分方法为技术手段开展离心数值试验,深入揭示桩-土相互作用关系。研究表明:水平受荷下钢管桩侧向变形显著受控于土层弹性模量。从桩顶变形、桩身挠度及弯矩分布等方面对比离心物理模型试验与离心数值试验成果,根据各级水平荷载条件下两者吻合程度确定参数优化方案;在此基础上提取水平受荷条件下钢管桩不同埋深截面区间的荷载-位移(p-y)关系,进而系统研究不同层位地基土所提供的水平抗力及其分布规律。物理试验和数值试验相结合可有效克服物理试验中监测数据有限、监测工具布设困难等缺点;该研究方法在获取水平受荷桩p-y曲线方面具有普遍适用性,可供实际工程中桩基水平承载力设计参考。     

边坡支护双排桩变形和内力的解析分析

对于边坡支护中的双排桩结构体系,将滑面以上桩间土视为前后排桩之间的水平连系弹簧,滑面以下土体视为桩的弹性约束,桩顶连梁看成刚性梁.在此基础上,利用桩的弯曲微分方程,考虑桩在滑面处的变形连续和内力连续性条件,进行解析分析,得到双排桩的变形曲线、弯矩和剪力的解析解.算例表明,理论推导正确,结果可靠,方法便于工程应用.     

纵横荷载下单桩地基反力法的半解析解

为深入研究纵横荷载作用下的单桩响应,引入地基反力系数的一般形式,通过把地面以下桩身分成很多等长的小段并假定每段上桩身轴力和地基反力系数为常数,求得桩身响应的半解析解.结合已有的地面以上桩身响应的幂级数解,采用Fortran语言编制了计算程序.计算结果表明：桩的最大位移和最大弯矩随水平荷载的增加而大幅度增大;纵向荷载可以...     

三角形横向荷载作用下的简支梁弯曲分析

某些梁或立柱杆件同时受纵、横两个方向的载荷作用,因横向荷载引起的弯曲挠度使截面形心偏离原位置的距离较大,这时轴力引起的弯矩对构件的强度和稳定性计算来说就不容忽略.目前对横向荷载为均布荷载作用时最大挠度和弯矩的数值和位置已有讨论,对三角形横向荷载作用时横梁或立柱的最大挠度和最大弯矩位置和数值的确定还需深入研究.首先以简支梁为例,推导出横向荷载为三角形横向荷载时梁的最大挠度和弯矩数值和位置的计算公式,然后以水闸结构中的胸墙为例,阐述导出公式的具体运用方法,在水利工程实践中具有重要的意义.     

挡墙任意变位模式诱发周围土体水平位移的简化算法

将挡墙变位引起墙外土体水平位移视作平面应变条件下的位移-位移边值问题,借助刚性挡墙平移变位诱发墙外土体水平位移的基本解,利用微元法及叠加原理,提出在挡墙任意变位模式下的周围土体水平位移简化计算方法. 分别与挡墙刚性变位、柔性变位模式下的土体水平位移现场实测数据进行对比,发现简化计算法可以较好地预测墙外土体水平位移,验证了所提简化算法的准确性. 在土体最大水平位移上,简化算法的预测较实测偏保守,表明将简化算法应用于工程实践是偏安全的. 进一步参数分析发现,随着土体距围护结构距离的增大,土体最大水平位移迅速减小,且在最大位移深度以上存在某一临界位置,在该位置以上土体水平位移随其到围护结构距离的增大而增大,在该临界位置以下,变化规律则相反.     

简支叠合梁抗弯性能非线性分析

为了准确分析复和材料叠合梁的受弯全过程,考虑到组成叠合梁的各种材料非线性本构关系,基于经典层合理论和有限元基本思想,建立了一种新型层合梁单元,得到了该种类型单元的刚度方程.采用分步加载法进行了钢-混凝土组合试验梁及碳纤维加固混凝土梁在竖向荷载作用下的受弯全过程分析,经过试验验证,复合梁挠度的计算值与试验值有较好的一致性.     

钢管煤矸石混凝土受弯构件的承载力分析

目的 分析钢管煤矸石混凝土受弯构件的受力过程，确定其承载力，及含钢率对承载力的影响．方法 对具有5种不同含钢率的钢管煤矸石混凝土受弯构件进行试验测试，绘制弯矩-挠度曲线、弯矩-最大拉应变曲线，分析曲线的特征、确定承载力极限状态．结果 确定了曲线上的3个特征点，将构件的变形过程分为弹性、弹塑性和强化阶段，定义截面的塑性已得到充分发展而受拉区钢管最外边缘纤维即将进入强化的点为试件的抗弯极限状态点．推导出了钢管煤矸石混凝土受弯构件的承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合良好．结论 推动了将钢与煤矸石混凝土组合结构应用于工程实践的进程，为研究钢管煤矸石混凝土偏心受压构件的力学性能奠定了良好的基础．     

基于内力分配法的组合梁徐变应力重分布实用计算

为了获得组合梁徐变应力重分布的计算公式,以一个单轴对称并受到弯矩和轴力作用的组合梁截面为研究对象,建立混凝土徐变的微分本构关系,采用内力分配法得到组合梁弯矩和轴力重分布的微分方程组。为了避免求该方程组的精确解所需复杂的数学计算,通过有效的简化获得方程组的实用近似解,并通过算例进行精确性验证。计算结果表明：方程组的近似解与精确解的误差非常小,能达到合理的计算精度;混凝土徐变对组合梁长期应力影响显著,计算时应得到足够的重视。文中采用的内力分配法适用性较广,无论是何种荷载形式,不管结构是静定还是超静定,只要内力能换算成作用在组合梁截面中和轴处的弯矩和轴力,都可以使用该方法。     

悬挑十字交叉基础梁节点荷载分配方法探讨

将半无限长梁自由端无限延伸,形成无限长梁;基于Winkler地基上无限长梁的解答,求得集中力偶作用下原半无限长梁自由端处的剪力和弯矩。利用半无限长梁自由端需满足弯矩及剪力为零的条件,求得需在自由端施加的外荷载。分别计算外荷载和集中力偶在作用点处产生的挠度,叠加求得集中力偶作用下半无限长梁在作用点处的挠度,并提出集中力偶作用下的悬挑影响系数计算公式。根据静力平衡和变形协调条件,建立竖向荷载和力矩共同作用下具有悬挑的十字交叉基础的节点分配荷载的一般公式。     

Elastoplastic solutions for single piles under combined vertical and lateral loads

In order to improve the reliability of the design and calculation of single piles under the combined vertical and lateral loads, the solutions were presented based on the subgrade reaction method, in which the ultimate soil resistance was considered and the coefficient of subgrade reaction was assumed to be a constant. The corresponding computational program was developed using FORTRAN language. A comparison between the obtained solutions and the model test results was made to show the validity of the obtained solutions. The calculation results indicate that both the maximum lateral displacement and bending moment increase with the increase of the vertical and lateral loads and the pile length above ground, while decrease as the pile stiffness, the coefficient of subgrade reaction and the yielding displacement of soil increase. It is also shown that the pile head condition controls the pile responses and the vertical load may cause the instability problem to the pile. In general, the proposed method can be employed to calculate the pile responses independent of the magnitude of the pile deflection.