基于极限抗力分析的微型桩群加固土质边坡设计方法

微型桩是一种常用边坡快速加固手段,多大面积成群布置。基于梁柱理论和弹塑性地基系数法中的P–y曲线法建立了微型桩加固边坡的水平抗力分析模型,提出了确定微型桩截面极限弯矩以及最大抗剪力的迭代分析方法;采用有限差分法推导了轴向和横向复合外力作用下微型桩内力和变位的计算公式;以最大限度发挥微型桩群横向抗力为目标,重点研究了微型桩群中微型桩横向间距和纵向间距的确定方法。在此基础上,形成了采用微型桩群加固土质边坡的设计方法,内容主要包括微型桩群布设位置的选取、微型桩选型、桩长选取、微型桩群断面设计、微型桩群平面设计以及顶梁设计等。将该方法应用于某公路路堤边坡病害加固工程设计中,监测资料表明,坡体位移在微型桩群的作用下逐渐趋于收敛,坡体病害得到了根治,从而验证了设计方法的有效性。     

框架微型桩结构抗滑特性的模型试验研究

 基于模型试验结果,对框架微型桩结构的抗滑特性进行研究。研究结果表明,滑坡推力作用下,框架微型桩结构中微型桩顶水平位移与荷载之间为双曲函数关系,且框架梁在荷载作用下发生倾斜,后排微型桩产生较为明显的被拔出趋势。对土压力以及桩身弯矩的监测结果表明,均布荷载作用下,作用在框架微型桩结构上的滑坡推力的分布近似为梯形,滑面及桩顶部土压力较大,桩底部土压力较小,后排微型桩受到的滑坡推力比前排桩大,推力最大值之比约为1∶0.6,滑面以下桩后土抗力的分布近似为倒三角形。将微型桩布置更为密集的微型桩框架结构具有更大的极限抗力;但是,在相同位移容许值的条件下,试验中2种结构的抗滑承载力差别不大。框架梁可以有效限制微型桩顶位移并减小桩身弯矩,但也会在微型桩顶部产生较大的弯矩,故实际工程中可以采取增大截面尺寸、增大框架梁埋深或增设套管等措施提高微型桩截面的抗弯刚度,从而提高框架微型桩结构的整体抗滑性能。     

灌注细石混凝土微型桩基础下压试验研究

通过现场真型试验,对灌注细石混凝土成桩微型桩基础抗压承载机理及其抗压承载力计算方法进行了研究。试验表明:本次试验条件下,微型桩单桩可看成纯摩擦桩进行抗压承载力计算;微型桩群桩在极限下压荷载作用下,承台底部土体承担荷载比例仅为4.8%,在进行微型桩群桩抗压极限承载力计算时可不考虑承台底土的承载作用;由于承台对下压荷载的重分配,在下压荷载作用下,角桩承力最大,边桩次之,中桩最小;本次试验条件下,微型桩抗压群桩效应系数可取0.8进行计算。     

集约式微型桩群水平承载性能试验研究

 对矩形布置的集约式微型桩群支护体系采用分级加载的方法,进行水平荷载原型试验及数值计算,研究滑坡推力作用下集约式微型桩群抗滑作用机制,并分析桩间土体参数、桩身强度、桩排间距等设计参数变化对桩群水平承载性能影响的敏感程度。结果表明,在滑体介质为粉质黏土的地层中,当滑坡推力超过某一定值时前排桩才会发挥支挡作用,桩群前方土压力峰值的位置深于桩群内部,微型桩群与土体水平荷载分担比约为7：3;控制最佳排间距,相比优化其他设计参数对提高集约式微型桩群水平承载力、减小桩顶位移效果明显。试验成果为深入分析集约式微型桩群的抗滑机制和优化工程设计提供了参考。     

微型桩杆塔基础水平承载力试验研究

通过现场真型试验,对微型桩基础的水平承载力进行研究。试验研究表明:二次注浆工艺有利于提高微型桩水平承载力,当采用投石注浆成桩时,应用于输电线路工程的微型桩必须采用二次注浆工艺;二次注浆工艺对微型桩水平承载力的提升作用因上部土层性质而异,尚需更多的试验和实践确定不同土层性质下二次注浆对微型桩水平承载力的提升效果;适当在微型桩群桩中布置一定的斜桩有利于提高群桩的水平承载力,但应考虑斜桩施工困难会对施工工期产生影响;进行微型桩基础设计时宜按水平允许位移进行控制,在合理选用设计参数的情况下,可采用本文提供的设计方法进行微型桩基础水平承载力的初步设计。     

Mechanism of Bearing Capacity of Spread Footings Reinforced with Micropiles

The Hyogoken-Nambu Earthquake in 1995 caused extensive damages to the foundations of bridges. Ever since, methods to improve the bearing capacity of existing foundations have become an important aspect of foundation engineering in Japan. Micropiles are considered to provide promising solutions. The mechanism which enhances the bearing capacity of surface footings reinforced with micropiles is the subject of investigation in this study. As an initial phase, model tests were conducted to understand the load-displacement behavior of surface footings with and without micropiles on loose, medium dense, and dense layers of sands. Salient factors which influence the behavior of the footings were selected and their influence on bearing capacity was examined through a comprehensive series of model tests. Notable improvements in the bearing capacity of surface footings reinforced with vertical micropile groups were observed in the case of dense sand which is dilative during shear. To assess quantitatively the degree of improvement in the bearing capacity of surface footings reinforced with micropiles, an index R called “Network Effect Index” was introduced in this study. The index R of unity means that the bearing capacity of footings reinforced with micropiles is simply equal to the summation of the individual value of the surface footing and that of the micropile group. An index R of more than two is achieved in this study where surface footings reinforced with a group of vertical micropiles bear on a dense layer of dilative sand. By contrast, with loose and medium dense sand, which are contractive in nature, the index R is found to be less than unity.     

微型桩体系加固顺层岩质边坡的内力计算模式

根据微型桩的结构布置形式，将加固顺层岩质边坡的微型桩体系分为3种类型，即独立微型桩体系、平面桁架微型桩体系和空间桁架微型桩体系。将微型桩体系和桩间岩土体视为桩-岩土体的复合型结构，提出了桩-岩土体-桩的相互作用模式和作刚力计算分析模型，该模型考虑桩-岩土体-桩的相互作用，可较好模拟滑坡推力在各排桩之间的传递机制。最后，应用有限元理论建立计算微型桩体系内力和变形的力学模型，并将该模型应用于渝怀铁路顺层岩质边坡加固计算中，取得了良好的效果。     

微型桩-锚组合新结构抗滑特性的数值分析

针对微型桩加固滑坡时容易出现侧向变形的缺陷,笔者基于综合排桩刚架结构与拉锚式挡土结构形式优点的研发思路,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。利用FLAC^3D分析了新结构的变形与受力特性,并与传统刚架式微型桩结构进行了比较。结果表明:相比普通刚架式结构,新结构加固后的边坡位移场和桩顶水平位移明显减小,其加固效果和抗滑能力更优;斜向预应力锚索增强了微型桩的侧向刚度,结构变形曲线相对平缓;桩体弯矩、剪力分布相对均匀,发挥了结构的整体受荷能力,且峰值有所降低;除抗弯和抗剪作用外,微型桩还起到轴向作用,尤其是顺坡桩侧摩阻力作用明显;锚索拉力随边坡变形累积而逐渐增大,可以利用稳定地层的自承能力分担部分滑坡荷载;由于锚索预应力的主动施加,结构对桩后土体起到预加固作用,系梁附近桩侧土压力明显增大。研究结果可为该新结构的设计提供一定理论依据。     

风化岩地基微型抗浮桩承载性能原位试验研究

微型抗浮桩具有地层适应性强、布置形式灵活、成孔快、施工占用场地小、施工机械小型化及经济环保等优点。基于中风化花岗岩地层8根微型抗浮桩现场静载荷试验,研究青岛风化岩地基微型抗浮桩的竖向抗拔承载性状。试验结果表明:试桩Q-s曲线为缓变型,极限荷载作用下桩长为4.2~5.1 m的微型抗浮桩总上拔量不超过7.0 mm,极限抗拔承载力高达1 700 kN,承载力较高,满足设计要求;单桩单位平均极限侧摩阻力为0.307~0.425 MPa;在其他条件均不变的情况下,微型抗浮桩的单位平均极限侧摩阻力随桩径的增加而减小。     

Strengthening of RC beams in shear using GFRP inclined strips – An experimental study

Though there have been a number of studies on shear strengthening of RC beams using externally bonded fiber reinforced polymer sheets, the behaviour of FRP strengthened beams in shear is not fully understood. This is partly due to various reinforcement configurations of sheets that can be used for shear strengthening and partly due to different failure modes a strengthened beam undergoes at ultimate state. Furthermore, the experimental data bank for shear strengthening of concrete beams using FRP remains relatively sparse due to which the design algorithms for computing the shear contribution of FRP are not yet clear. The objective of this study is to clarify the role of glass fiber reinforced polymer inclined strips epoxy bonded to the beam web for shear strengthening of reinforced concrete beams. Included in the study are effectiveness in terms of width and spacing of inclined GFRP strips, spacing of internal steel stirrups, and longitudinal steel rebar section on shear capacity of the RC beam. The study also aims to understand the shear contribution of concrete, shear strength due to steel bars and steel stirrups and the additional shear capacity due to glass fiber reinforced polymer strips in a RC beam. And also to study the failure modes, shear strengthening effect on ultimate force and load deflection behaviour of RC beams bonded externally with GFRP inclined strips on the shear region of the beam.     

软土地基微型桩抗拔试验研究

微型桩具有布置形式灵活,施工机械小型化,经济环保等优点,针对杆塔基础交通不便、环保要求高、地质情况差等工程特点,微型桩的优势在杆塔基础中能够得到充分发挥。承受上拔荷载是杆塔基础的主要功能之一,而以往对软土地基上微型桩抗拔特性的研究较少。通过软土地基中微型桩单桩和群桩的抗拔试验,研究施工工艺对微型桩单桩抗拔承载力的影响,实测单桩桩身轴力和桩侧摩阻力的分布,研究微型桩荷载—位移特性、群桩效应系数等。试验结果表明采用二次注浆工艺能显著提高微型桩抗拔极限承载力,有效地减小抗拔桩位移;由于二次注浆对桩周土体加固作用,群桩的荷载–位移曲线呈"缓变型",桩土共同作用的群桩效应明显,实测群桩效应系数相对较小,这对于软土地基上杆塔基础的设计具有参考价值。     

微型桩群加固土坡稳定性分析

微型桩是一种边坡快速加固技术,多大面积成群布置。基于强度折减技术研究了微型桩群加固边坡安全系数的数值计算方法,并对微型桩群加固均质土坡和含软弱夹层土坡的稳定性进行了对比分析。结果表明,微型桩群加固均质土坡的破坏模式与其布设位置关系密切,采用传统非耦合方法假定滑动面位置不变进行微型桩群的工程设计值得商榷;对于均质土坡,微型桩群锚固深度较小时,桩身变形以刚性旋转为主,随着锚固深度的增加,微型桩群的变形由刚性倾斜转化为柔性弯曲变形,对于含软弱夹层边坡,微型桩群的变形主要是弯曲变形;微型桩群最优锚固长度约为滑面以上自由段长度的1.5~2.0倍。削剪作用能够改善微型桩群受力并降低成本;对于均质土坡,当削剪长度小于自由段长度1/4时,不会降低加固边坡的安全系数,对于含软弱夹层边坡,最大削剪长度约为自由段长度的1/2;实际工程中对于可削剪的微型桩部分,无需设计加筋体,仅将钻孔回填压实即可,能够在确保加固效果的同时降低成本。     

钢结构柱脚抗剪键抗剪承载力计算

为了确定钢结构柱脚抗剪键的抗剪承载力,分别以混凝土应变达到应力峰值应变和极限应变为抗剪屈服承载力和极限承载力的两种极限状态,选取混凝土应力-应变关系接近实际受力情况的非线性弹塑性模型,建立了考虑抗剪键剪切变形的Timoshenko梁平衡微分方程,采用Galerkin法求得抗剪键的变形曲线,进而推导了两种抗剪承载力的理论计算公式,提出了确定抗剪键埋深和截面规格的方法。研究表明：抗剪键的抗剪承载力和理论埋深取决于其材料截面特性及基础混凝土强度。研究同时表明,抗剪键埋深范围内混凝土压力方向不改变,对柱脚底板产生附加弯矩。采用有限元方法对比分析,算例结果验证了理论计算公式的正确性。图7表1参13     

后张预应力混凝土框架梁设计方法的研究

探讨了后张预应力混凝土框架梁正截面承载力计算公式，提出了多层预应力混凝土框架梁的实用设计方法，此法考虑了各层预应力梁的相互影响，以正常使用要求为前提，同时满足了承载力要求。并通过算例，分析指出了现行设计方法的不足，明确了次轴力对预应力梁的影响。     

Knicknachweis von Mikropfählen in geschichteten Böden

Buckling resistance of micropiles in varying soil layers. Micropiles are used as a foundation or supplementary foundation element. These piles with diameters less than 0.3 m are regulated in EN 14199. Slender micropiles subjected to axial compression are prone to buckling failure if the lateral foundation of the soil is insufficient. According to design codes the buckling resistance has to be checked if the undrained shear strength is less than 10 to 15 kN/m². Recently a design formula for the buckling resistance of a micropile under constant compression in a homogenous soil layer has been published and it has been shown that a buckling failure can also occur for higher undrained shear strengths. In this paper the design formula is extended to micropiles which penetrate varying soil layers and carry the load by skin friction.     

洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状以降低开洞造成的不利影响; 在已有试验基础上,利用ANSYS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力以及内力重分布和传力机制的影响。结果表明:钢-混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降; 非正方形洞口组合梁因洞口形状不同,极限变形有不同程度增强; 洞口形状会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46%～59%,而钢梁占总剪力的41%～54%; 极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关; 栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力,对混凝土应力重分布有影响,洞口处混凝土的剪力有明显的剪力差,洞口下方钢梁所承受的剪力大于洞口上方钢梁; 洞口形状会影响组合梁内部传力机制,长方形、正方形洞口试件在洞口区域以次弯矩传递力,非长方形、正方形洞口试件在洞口区域以主弯矩传递力; 在结构设计时应该考虑洞口位置的偏心、主应力方向与洞口边缘的夹角。     

剪力键和胶接缝抗剪承载力试验研究

通过纯剪切受力试件对节段拼装梁接缝截面的抗剪承载力进行了试验研究.试件按三种类型和不同压应力水平分别进行剪切试验.三种类型试件实测抗剪承载力与截面压应力呈线性变化.根据试验数据线性回归结果,推导出剪力键和胶接缝的抗剪承载力计算式.通过对试验和计算数据的分析,研究环氧树脂胶、剪力键和压应力三个因素对接缝抗剪承载力的影响....     

三排微型桩内力分布的数值模拟

该文将强度折减法与有限差分程序FLAC~(3D)相结合,对同一排内均匀布置且具有纵向联系梁的桩心配筋微型桩进行数值分析。在利用实体单元和理想弹塑性本构模型模拟桩体得出加桩边坡的稳定系数后,采用可以直接得到弯矩和剪力等内力的结构单元Pile对桩体进行模拟,Beam单元模拟连系梁,得到了三排微型桩在破坏前不同滑坡推力下的内力分布规律。桩体受最大弯矩与剪力均位于滑带处,滑坡推力较小时第一排桩所受弯矩和剪力最大,第二排其次,第三排最小;滑坡推力较大、接近破坏时最大弯矩分配为第一排最大,第三排其次,第二排最小,剪力为第一排和第三排较大,第二排最小。     

考虑剪跨比的新加梁与原混凝土#br# 界面承载力计算理论研究

基于课题组前期所做的新加梁与原混凝土界面承载力试验结果,分析新加梁与原混凝土界面承载力的主要影响因素,在不考虑界面粗糙程度的条件下,随着剪跨比λ的增大,截面正应力增大,界面承载力减小;达到极限承载力时,受拉纵筋均达到屈服。当λ≤2时,界面开裂,发生剪切破坏;当λ>2时,界面处较小受压区高度混凝土压碎,发生受弯破坏。基于新加梁端界面破坏机制及受力性能影响因素分析,提出考虑新加梁受拉纵筋抗力和剪跨比λ影响的新加梁与原混凝土界面承载力计算模型。由试验数据分析,建立反映剪跨比影响的新加梁与原混凝土界面承载力计算公式。通过大量已有试验结果对比分析,验证所提新加梁与原混凝土界面承载力计算公式的准确性和适用性。基于可靠性分析,建立满足可靠度要求的新加梁与原混凝土界面承载力计算公式。     

钢-部分预应力混凝土连续组合梁内力重分布研究

本文报道了10榀钢-部分预应力混凝土连续组合梁和1榀钢-普通混凝土连续组合梁的极限承载力试验结果。试件为两跨连续梁,主要试验参数为负弯矩区部分预应力比PPR、综合力比Rp及栓钉连接程度。试验采用跨中单调一次加载。试验发现,在负弯矩区施加预应力的钢-部分预应力混凝土连续组合梁可产生较充分的内力重分布,其主要影响因素为截面相对受压区高度ξu和负弯矩区综合力比Rp。本文通过试验研究和理论分析,提出了钢-部分预应力混凝土连续组合梁满足承载力要求的弯矩调幅限值犤β犦的计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。