偏心距对水平受荷双桩基础响应影响

通过双桩基础的大比尺模型试验研究水平偏心荷载下基桩的受力变形性状;采用ABAQUS数值模型分析荷载偏心对双桩基础工作性状的影响。研究表明,双桩基础水平荷载-承台水平位移曲线与水平单桩曲线变化规律相同,荷载偏心对双桩基础水平变形有一定影响,水平刚度随偏心距增加而降低;水平偏心荷载导致双桩基础中基桩桩头剪力不均匀,接近加载点的基桩桩头剪力最大,随偏心距增加基桩桩头剪力与运动方向出现相反的情况;水平和扭转荷载耦合使基桩扭转刚度较单桩明显增加,但偏心距增加使该耦合效应影响减小;基桩扭转反力对抵抗外加扭矩的贡献随着水平荷载增加减小。     

水平偏心荷载下斜桩群桩受力性状的离心机模型试验

为研究斜桩群桩在水平偏心荷载下的受力性状,在砂土中开展了一系列离心机模型试验,着重对比了直桩群桩和斜桩群桩抵抗水平及偏心荷载的不同特性。详细介绍了模型试验的装置、方法以及内容。试验结果表明：水平荷载偏心距大小对群桩水平承载力有一定的影响,但是对群桩扭转承载力的影响较小。对于直桩群桩,在试验范围内小偏心距（4.3倍桩径）加载对应的水平承载力大于零偏心距（即纯水平加载）及大偏心距（7.1倍桩径）加载的水平承载力。相同条件下,斜桩群桩抵抗水平、偏心及扭转荷载的能力显著强于直桩群桩。水平偏心荷载下,斜桩群桩中各基桩的桩顶水平位移相互差异较直桩群桩更大,且该差异随偏心距的增加而增大;在多向荷载的共同作用下,基桩桩顶剪力与桩顶位移方向有所不同。水平荷载下斜桩群桩中的基桩轴力显著大于直桩群桩。斜桩群桩较好地发挥了基桩的轴向承载能力,从而能够更有效地抵抗水平荷载。     

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。     

PHC桩在偏心荷载(横向位移)作用下的分析

本文根据材料力学原理和现行钢筋混凝土规范的规定,分析预应力混凝土管桩在偏心荷载作用下的内力和偏心距、偏心距与承载力的关系,以及偏心距的临界值等等,并对现行的预应力混凝土管桩规范谈谈个人的见解。分析结果表明:偏心承载明显地降低了桩的容许承载力,而且,桩在正常使用极限状态下所能容许的偏心距非常有限,这些特征应在预应力混凝土管桩的应用中慎重考虑。本文的分析方法可用于已产生横向位移桩的受力分析。     

加鳍桩抗扭性能及在推扭受荷群桩中应用

加鳍桩是一种通过在桩身设置侧鳍片或在桩端设置尾鳍片以提高单桩抗扭能力的新型桩形式。圆截面单桩通过桩–土界面摩阻力提供扭转反力,单桩承载力一般较低。加鳍桩通过鳍片挤压土体,从而提升单桩扭转承载力。大尺度模型试验结果表明,桩身增加鳍片使单桩扭转曲线由陡降型变为缓变型,其抗扭刚度和承载力均有显著提高,在3.6°扭转角时扭转反力提高4.7倍。采用数值方法分析加鳍桩在水平偏心加载1×2群桩中的应用效果,分析表明,加鳍桩通过显著减小群桩扭转变形降低了两基桩间内力差异,明显降低群桩中基桩的最大剪力和弯矩,降幅分别达30%和79%,有效提高群桩抵御偏心加载能力。     

考虑竖向荷载影响的大直径管桩水平振动响应解析解

建立了黏弹性地基中受轴力作用的现浇大直径管桩水平振动响应计算模型,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦,结合桩土耦合条件求得了桩顶复阻抗解析表达式。将该解退化到不考虑竖向荷载的水平振动响应解与已有理论解对比,验证了该解的合理性。通过算例分析,研究了竖向荷载、激振频率和桩长对管桩桩顶水平复阻抗、桩身位移和内力的影响,研究结果表明:复阻抗实部和虚部在桩土系统固有频率处均发生共振;竖向荷载使管桩位移和内力发生重分布,竖向荷载为零时,位移、弯矩和剪力最大值均出现于管桩中上部,随着竖向荷载增大,其最大值均出现于桩底;桩身水平位移随频率变化而变化,管桩中下部转角、弯矩和剪力受频率影响较大;桩身中下部位移和内力受桩长影响大于桩身其他部分;无桩芯土时桩顶水平位移和转角比桩芯土存在时大。     

复合地基调平前后在水平力及偏心荷载下性状分析

采用MIDAS-GTS有限元软件,模拟了复合地基的6种模型。首先保证刚性桩总体积相同,在竖向均布荷载下,通过调整群桩桩长使其基础整体受力均匀后调平基础,对比模型的4种调平方案,选出最佳的调平模型;然后采用群桩的最佳调平模型在筏板上进行水平力及偏心荷载下的等效受力计算,同时采用基础调平前(等刚度布桩)的计算模型在水平力及偏心荷载下进行受力计算;最后对基础调平前后的差异沉降、弯矩大小与群桩的轴力、弯矩进行了对比分析,得出刚性桩复合地基变刚度调平前后筏板与群桩的受力变化规律,为优化复合地基变刚度桩的研究工作性状提供了参考。     

偏心转换梁受力性能的有限元分析

被托换的剪力墙 (或柱 )不在转换梁的中轴线上 ,这时的转换梁就是偏心转换梁。利用通用有限元程序ALGOR中的三维块体线弹性单元 ,对三种类型的偏心转换梁分别进行实例分析 ;并将ALGOR的应力结果积分为内力 (扭矩、轴力、剪力和弯矩 ) ,绘制成内力图。通过分析偏心转换梁的内力 ,得出了一些转换梁的特点 ,包括偏心转换梁的扭矩变化规律、轴力对转换梁的影响等     

支座预偏心设置对曲线梁桥受力影响分析

简要介绍支座预偏心改善扭矩的原理,通过计算实例来分析比较不同支座偏心距对独柱墩曲线桥梁受力的影响,结果表明,设置预偏心不影响曲线桥梁的弯矩和剪力分布,但对改善曲线梁桥端横梁处扭矩是很明显的,对边跨扭矩的均衡布置的影响也是很明显的,为以后的工程设计提供了一定的参考价值。     

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。     

Nonlinear Analysis of Torsionally Loaded Pile Groups

An empirical approach is developed to analyze the nonlinear torsional behavior of free-standing pile groups with rigid pile caps. In this approach, the lateral and torsional responses of individual piles in a pile group are modeled by p-y and τ-θ curves; the interaction among lateral resistances of the individual piles is predicted through Mindlin's elastic solutions; the interactions between the torsional and lateral resistances of the individual piles are described through Randolph's solution; and the coupling effect of lateral resistance on torsional resistance of the individual piles is quantified using an empirical factor “β”. The proposed approach is capable of capturing the most significant aspects of pile-soil-pile interactions and coupling effect in pile groups subjected to torsion. The proposed approach is verified using results of centrifuge model tests. In general, the applied torque-twist angle response and the transfer of applied torque in pile groups can be reasonably well predicted and are sensitive to the pile group configuration.     

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。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

Influence of axial load on the lateral pile groups response in cohesionless and cohesive soil

The lateral response of single and group of piles under simultaneous vertical and lateral loads has been analyzed using a 3D finite element approach. The response in this assessment considered lateral pile displacement and lateral soil resistance and corresponding p-y curve. As a result, modified p-y curves for lateral single pile response were improved with respect to the influence of increasing axial load intensities. The improved plots can be used for lateral loaded pile design and to produce the group action design p-multiplier curves and equations. The effect of load combination on the lateral pile group response was performed on three pile group configurations (i.e., 2×1, 2×2 and 3×2) with four pile spacings (i.e., s = 2D, 4D, 6D and 8D). As a result, design curves were developed and applied on the actual case studies and similar expected cases for assessment of pile group behavior using improved p-multiplier. A design equation was derived from predicted design curves to be used in the evaluation of the lateral pile group action taking into account the effect of axial load intensities. It was found that the group interaction effect led to reduced lateral resistance for the pile in the group relative to that for the single pile in case of pure lateral load. While, in case of simultaneous combined loads, large axial load intensities (i.e., more than 6H, where H is lateral load values) will have an increase in p-multiplier by approximately 100% and will consequently contribute to greater group piles capacities.     

考虑地基土剪切模量非线性分布的基桩受扭分析

 为了探讨非均质单层地基中单桩受扭承载特性,基于平衡原理和剪切位移法,考虑地基土剪切模量在地面处为非零值(已有方法多假定为零)且随深度呈幂函数分布模式,以及桩侧极限摩阻力沿深度非线性变化,建立出纯受扭桩桩身与桩周土的扭转控制方程,进而导出桩周土分别处于弹性、部分塑性及完全塑性受力状态时桩身的扭矩~扭转角解析解。由此进行的参数分析表明：剪切模量地面处非零因子?g的取值将影响桩身扭矩的传递效率,且桩顶刚度随桩周土塑性区深度的开展呈递减变化,当桩周土塑性区开展深度距离桩顶达0.3倍桩长时,桩顶刚度降低60%,即近地面土层的塑性破坏对桩顶刚度的降低起主导作用,工程实际中加固桩周地表土层可有效提高基桩抗扭性能。     

双层非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨双层非均质地基中单桩的受扭承载特性,基于单层土体剪切模量呈幂函数分布的假定,考虑桩–土接触面上极限摩阻力随深度非线性变化,建立出桩顶扭矩作用下的桩身扭转控制方程,进而导得桩顶及桩身的扭矩(T)与扭转角(Φ)等解答,并将其退化为单层非均质及双层均质地基后与已有成果进行了对比验证。同时,桩顶T–Φ曲线参数分析结果表明:增加桩体剪切模量G_p有利于控制桩顶扭转角;桩径r0增加一倍,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩值增大4~6倍;随地面处土体剪切模量μ_1和模量分布函数中非线性系数α_1,α_2的增加,桩身受扭性能得到显著改善。此外,桩顶扭转影响因子I_Φ的对比分析表明:桩身在ζL0.2和ζL5.0时分别表现为刚性桩和柔性桩,且后者传至桩底的扭矩极小而可忽略;当ζL5且上下土层顶部剪切模量比μ_1/μ_21时,0.2倍桩长(L)范围内的上部土层对桩身受扭性能影响较大;当ζL10且μ_1/μ_21时,桩身受扭能力主要源自0.4L的表层土。     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

竖向荷载作用下倾斜桩的荷载传递性状及承载力研究

桩基可能会因各种原因导致桩体发生倾斜,桩身的垂直度往往超过《建筑桩基技术规范》的允许值,如何确定这些倾斜程度并不很大的倾斜桩的承载力一直是工程实践中的难题。对天津某高层建筑工程不同垂直度的倾斜桩进行了现场载荷试验,试验结果表明小倾斜度下桩的承载力并不一定下降。在试验成果基础上利用有限元分析软件ABAQUS进行模拟,分析了不同垂直度、不同土质条件下桩的荷载传递及承载力受垂直度变化的规律。有限元分析结果表明,当桩的垂直度不大于4%时,当桩身具有足够的抗弯强度和刚度时,相同荷载下其沉降反而小于竖直桩,但会在桩身产生一定的弯矩,桩顶自由的单桩也会产生一定水平位移。承台有助于减小倾斜桩的水平位移与挠曲。