群桩基础竖向承载变形三维弹塑性数值模拟分析

利用三维弹塑性有限元,桩土界面间水平向位移相容、竖向设置具有双曲线型本构关系的非线性弹簧,对某桥矩形承台18根群桩基础竖向承载变形特性进行数值模拟分析,较好地模拟了大型群桩基础桩土间相互作用.通过分析承台荷载与承台沉降、桩顶轴力分布、桩顶轴力与承台荷载、桩顶轴力与桩顶沉降、桩身轴力分布及群桩基础沉降变形特性等,来研究承台群桩基础与土体共同作用的受力机理与变形机制,同时还分析了确定群桩基础的群桩效应.     

基于水平低应变法的高承台桩缺陷检测研究

通过模型试验探究高承台桩埋藏段存在不同尺寸缺陷时的桩身质点水平速度响应,结合有限元(FEA)分析试验结果. 结果表明,基于桩的水平振动特性的低应变检测方法可以用于识别高承台桩桩身缺陷,且缺陷处截面直径越小,桩身质点水平速度响应曲线中缺陷处反射越明显. 随着缺陷高度的变化,缺陷处顶、底面反射信号可能会产生叠加或分离现象,导致不同缺陷高度下缺陷反射的波形不一致. 在数值模拟中,当采用柔性剪切梁单元模拟高承台桩时,数值模拟结果和试验结果吻合较好. 在实际工程中,当应用水平低应变法检测桩身完整性时,推荐采取近承台处激振、近承台处速度采集,可以根据缺陷处反射起振时间较精确地计算桩身缺陷埋深.     

苏通大桥主塔超大群桩基础沉降特性研究

针对苏通大桥主桥南塔高承台超大群桩基础,分2步对其沉降进行计算.首先,采用国内外不同方法计算桩身弹性压缩变形量和桩端以下土层的沉降量;其次,将不同方法计算的桩身变形量和土层沉降量组合为总沉降量,并与沉降试验值比较.结果表明,对于超大群桩基础总沉降,桩身的弹性压缩变形量不容忽略,且自重引起的弹性变形量也应考虑;按照文中推得公式计算的桩身弹性变形量与基于Mindlin附加应力解计算压缩土层理论沉降量进行组合的总沉降量与试验值非常吻合,仅偏低0.06%.     

高桩承台斜桩基础的地震反应数值分析

为揭示地震荷载作用下高桩承台斜桩基础的地震反应特性,以3种地震波(唐山波、EI波、迁安波)为例,采用三维弹塑性动力有限元技术,分析了桩身倾斜角度、自由桩长对高桩承台斜桩基础地震反应的影响规律。结果表明:各模型桩身轴力最大值均出现在冲刷线以下2.5m左右,而桩身弯矩最大值均位于承台与桩顶交界处;相同模型的左、右斜桩除竖向位移、Y方向弯矩沿桩身呈对称分布外,加速度、水平位移、轴力、总弯矩沿桩身的分布规律相同;承台高度越大,自由桩长越大,桩身轴力越大而弯矩越小;桩身倾斜度越大,其轴力与弯矩均越大,承台高度对桩身内力的影响大于桩身倾斜度;地震荷载中斜桩的加速度与位移反应降低,但轴力和弯矩增大,斜桩总弯矩主要受控于Y方向的弯矩。     

船舶撞击近海风机群桩基础的离心模型试验

建立船舶撞击近海风机群桩基础的离心模拟系统.在饱和密砂中开展了4组2×2群桩的撞击试验，包括水平撞击和撞击点距承台中心4.5倍桩径的水平偏心撞击群桩基础试验以及水平撞击和水平偏心撞击装有上部风机的群桩基础试验.重点考察承台上部风机存在与否以及船舶撞击位置对船舶撞击力和群桩基础动力响应的影响.试验结果表明，风机与群桩基础之间存在明显动力相互作用.承台的振动带动风机发生水平摆动和扭转振动；风机分担和消耗一部分经船舶撞击传递给群桩基础的能量，导致在自由振动阶段承台的振幅快速衰减.撞击承台的位置对撞击力和群桩内力有明显影响.对比水平和水平偏心撞击群桩试验，虽然偏心撞击工况下的撞击速度比水平撞击工况下的大26%，但偏心撞击的撞击力峰值比水平撞击的小20%；在群桩受偏心撞击工况下各基桩桩头弯矩峰值相差最大达3.2倍.偏心撞击更易引发群桩破坏.     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

长短桩复合地基性状的有限元分析

通过对长短桩复合地基的有限元分析,探讨了长短桩的变形模量、桩长对桩身轴力和复合地基沉降的影响,分析表明：长桩的桩身应力表现出均匀向下传递荷载的特性,而短桩桩身应力在3 m范围内迅速减小;长短桩的变形模量对复合地基沉降的影响均不大;增加长桩或刚性短桩的桩长可以有效减小基础承台的沉降和提高桩顶荷载,而增加柔性短桩的桩长对控制沉降和提高桩身应力的作用不大.     

既有竖向荷载对承台桩水平承载特性影响的PIV试验研究

为研究既有竖向荷载下承台桩的水平承载特性,进行了2组PIV模型试验,分析了不同竖向荷载对承台桩的水平位移量、桩身弯矩及桩周土体位移场的影响规律,研究了竖向荷载对承台桩下桩土作用的影响机理。试验结果表明:在同一水平荷载下,桩顶既有竖向荷载有利于减小桩身水平位移,削弱水平荷载引起的桩身弯矩;在水平加载过程中,桩土作用的主要区域为桩周土体的中上部区域,桩顶竖向荷载的施加会调动桩侧土体,形成更大的土体扰动区;竖向荷载引起的土体密实化效应会降低桩身的水平位移和弯矩,提高承台桩的水平承载力;同时这一密实现象也降低了桩侧土体的隆起量与塌陷面积。     

黏土地基中能量桩传热性能研究

为研究黏土地基中能量桩的传热性能,本文建立能量桩有限元模型进行传热模拟,并搭建小型试验台验证模拟所得数据.试验分析了24 h内不同时刻黏土的温度变化规律及3种间歇运行模式下黏土的传热效率.结果表明,能量桩热量传递的作用范围沿径向扩展,随着运行时间增加,土壤温度先迅速上升再趋于平缓最后达到平衡态,且3h～7h土壤传热效率最高.当系统启停比为2:1时,黏土温度变化速率最快,传热效率最高,黏土最适合采用运行12 h间歇6 h的运行模式.     

超大直径单桩埋深对桩身变形的影响研究

我国近海风电场建设多采用超大直径单桩基础,其在风、浪等水平荷载作用下产生较大侧向变形。为了研究桩基埋深对桩身变形的影响,按照1∶100的比例将原型缩小后,利用室内模型试验和有限元软件对此进行分析。结果表明:桩基埋深对桩身变形有较大影响。桩基埋深较浅时,表现出刚性桩特性,增加埋深可减小桩身变形,但桩基埋深达到7倍桩径后,继续增加埋深对桩身变形影响很小,据此认为桩基埋深达到临界深度,建议实际工程中单桩基础的埋深不要超过7倍的桩径。     

饱和黏土地基中能源桩热-力学特性试验研究

建立室内模型试验,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩身附加热应力及侧摩阻力的变化.结果表明,升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,将换热液体从5℃加热至70℃并维持24 h,随后降温至5℃并维持5 h,如此循环3次,导致桩顶产生不可逆的累积沉降;距桩身越近桩周土产生的沉降越大,沉降速率随循环次数的增加呈减小趋势,3次循环后,距桩侧130 mm处土体表面沉降达到桩直径的1.42%;温度荷载所引起的桩身附加应力和侧摩阻力均随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大,工作荷载作用下桩身附加热应力最大值达到695.40 kPa,最大热应力所在位置随桩顶荷载的增加而逐渐上移;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反;工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移.     

自由振动时带承台单桩的纵向动力特性

基于广义Voigt模型,在考虑桩身材料阻尼情况下,研究带承台单桩的竖向自由振动问题.根据阻抗传递法推出桩顶阻抗,将所求得的桩顶阻抗作为支承刚度代入承台的自由振动微分方程中,运用Laplace变换及逆变换推导得到承台自由振动位移在时域范围内的半解析解.采用参数研究方法,分析桩径、桩长、桩身材料阻尼以及不同性质的桩侧土层对带明置承台单桩自由振动特性的影响;将所得解与工程实测曲线进行对比,结果表明：得到的理论计算结果与工程实测数据较接近,理论方法能够反映工程实际.     

京石客专声屏障桩基础受力特性数值分析

运用ABAQUS软件对京石客专声屏障桩基础在竖向荷载作用下的受力特性进行三维模拟,分析采用不同的桩长、桩径、桩身混凝土情况下,重点分析桩顶的位移和桩身内力的大小及分布规律。结果表明：本桩基础的竖向承载力很大,桩径的大小对桩的沉顶沉降影响比较大,桩长的大小对桩的沉降有一定的影响,桩身混凝土的强度对桩顶沉降影响较小。     

静钻根植能源桩技术及其应用

能源桩作为一种浅层地温能利用的建筑节能技术,是建筑运行阶段减少碳排放的主要途径之一.结合静钻根植桩的特点,提出静钻根植能源桩技术及施工工艺.结合实际工程,开展静钻根植能源桩的短期工况和长期工况热力试验,分析桩身温度变化、性能系数、桩身轴向附加应力和桩侧附加摩阻力等变化规律.试验结果表明,桩身温度随时间逐渐升高,而性能系数随时间的推移逐渐降低,并最终稳定于一恒值.桩身轴向附加应力和桩侧附加摩阻力的发挥性状受桩顶、桩端约束条件的制约.短期工况试验中,桩身轴向附加应力呈中间大两头小的分布形式,桩侧附加摩阻力分布存在一个零点;长期工况下,桩身轴向附加应力呈现两端大中间小的分布形式,桩侧附加摩阻力分布规律与时间、温度和约束条件等因素有关,桩身从一个零点逐渐演变为3个.研究结果可为能源桩技术的进一步推广应用提供理论参考.     

考虑间歇比的地热能源桩热-力性能试验研究

结合地热能源桩现场试验，在桩身内部埋设应变/温度传感器，监测进/出口水温、桩身温度和轴向应变.分析不同间歇比下桩身轴向附加温度应力与桩侧附加摩阻力的变化规律，比较间歇与连续模式下地热能源桩的传热性能与热-力学特性.试验结果表明，间歇比对地热能源桩的短期传热性能影响比长期传热性能影响大.当间歇比为1、2时，性能系数平均值分别为3.95、4.00，桩身每延米换热量平均值分别为101.2、107.3 W/m.间歇比对桩身温度影响较明显，间歇比为1的桩身平均温度增量比间歇比为2的高66%.桩身中部的轴向观测应变大于桩两端的，桩身轴向附加温度应力和桩侧附加摩阻力均随间歇比的增大而减小.在桩身温度恢复阶段，间歇比为1、2工况的桩身温度，轴向观测应变和轴向附加温度应力均有残余.     

桩静载荷试验数据的拟合分析和荷载传递参数计算

采用荷载传递函数的分析方法,模拟计算桩土之间的应力与位移关系.选取了合理的荷载传递模型,并解出了考虑桩土共同作用的桩身荷载和沉降关系的传递微分方程,得到桩顶荷载与桩顶沉降的关系式.分析整理已有的荷载传递参数推导方法,根据收集的工程地质勘察报告,统计分析得到一定的杭州某些地方地层荷载传递参数.把所算得的荷载传递参数代入所得到的桩顶荷载与桩顶沉降的关系式,结合工程实际土层埋深计算,反复迭代计算得到单桩的荷载沉降曲线,并与工程实际静载荷试验结果进行对比,结果较精确.     

圆形承台群桩基础桩顶竖向力分配规律

新颁布的《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》(简称《规范》)中承台底基桩竖向反力计算公式假定承台理想刚性,未考虑桩间距与承台厚度之比λ对承台受力性能的影响.考虑承台实际刚度,用AN SY S建立实体模型对圆形承台群桩基础进行有限元分析,揭示桩顶竖向力和总竖向荷载的比值与λ呈单增的抛物线关系.同时,通过分析数据的回归分析对《规范》中承台底基桩竖向反力计算公式提出了修正建议.     

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩群桩承载特性分析

根据武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩44根超长哑铃型群桩基础工程,利用弹塑性有限元,对群桩沉降、桩身应力分布进行了数值计算,并分析了土体弹性模量、粘聚力以及内摩擦角等参数对群桩承载特性的影响.研究结果表明:该群桩基础的沉降量中间较两侧大,竖向应力沿桩身由上向下递减;桩基承载力随土体弹性模量、粘聚力和内摩擦角的增加而变大.     

基于Geddes解的厂房柱桩基础分析研究

采用应力比法计算桩基影响深度,利用Geddes应力解计算桩土刚度,用协同方法分析桩一承台基础,对桩基础的总体沉降、差异沉降、承台内力等结果进行了计算．基于本方法分析了工业厂房的交叉柱桩基础,通过总结分析结果,验证了规范的结论,并分析了此类基础的规律,为类似工程的设计提供有益的参考．     

基于ANSYS的桩土效应分析

运用ANSYS中的接触单元分析了桩土效应问题,其中采用实体单元模拟桩基础,用接触单元模拟桩基础和土体的作用,并且考虑土体的负摩阻力,分析桩基础在水平荷载和竖向荷载作用下的桩端位移、桩端应力及随着埋深的桩基应变.