上部结构－桩基—地基共同作用数值分析及桩基变刚度调平优化设计

本文采用有限元法对高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用及相互影响进行了研究。研究表明:高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用及相互影响时,基础总体沉降和差异沉降随楼层的增加呈非线性变化趋势,上部结构中存在次应力,弯矩和轴力比常规法设计偏大;随楼层的增加,桩体对荷载的分担比在减少,土体分担比在增加;随着上部结构刚度的增加,荷载向角桩、边桩集中;增加筏板厚度,能减少一定的差异沉降和基础平均沉降,从而减少上部结构的次应力,提高地基土的荷载分担比,同时筏板下桩顶反力分布更不均匀,因此需要从筏板受力,以及考虑筏下桩、土的受力来综合确定一个合理的筏板厚度,使设计安全经济;随着地基土变形模量的提高,地基土分担的上部荷载增加,桩顶反力趋向平均,筏板最大弯矩逐渐减小。桩筏基础在均匀布桩条件下呈中间大边缘小的“碟型”分布。差异沉降是由于上部结构次生应力和筏板内力产生的。通过对地基土刚度以及桩长、桩径、桩距等五种桩基刚度的调整,并分析不同刚度对基础差异沉降影响可知:改变桩长的布桩形式并结合地基土刚度调整的中心布桩形式是高层建筑桩筏基础最佳设计方案。     

近海取水工程板桩墙安全性离心模型试验研究

板桩墙明沟结构是海岸电厂取水工程的一种结构型式。根据电厂取水工程初步设计方案,对电厂取水工程结构进行离心模型试验研究,分析板桩墙结构在波浪荷载作用下的安全性。试验表明,悬臂式斜拉桩板桩墙结构在设计最大波浪荷载作用下会产生较大的水平位移,墙身弯矩较大;引起板桩墙位移、弯矩的主要荷载是海床面以上的波浪荷载,板桩墙承载力主要由桩墙被动侧土体抗力提供。工程中板桩墙入土深度的增加不能有效改善墙体水平位移和墙身弯矩,不会提高板桩墙结构的承载能力。     

微型桩组合结构模型抗滑机制试验研究

对以空间桁架微型桩体系的组合结构采用了分级加载的方法,通过新的地质力学模型试验,研究滑坡推力引起的微型桩体系内力变化规律,并根据试验方法和空间桁架微型桩体系中各排桩的受力状态,导出了分级加载条件下受横向约束的弹性地基梁的结构分析解。试验结果表明,在碎石土地质条件下,连系梁可以有效限制微型桩顶位移,并减小桩身弯矩,滑体中桩前土压力分布相对较为均匀,各排微型桩桩体的弯矩大小分布比较接近,最大弯矩位于滑面处;基于受到横向约束的弹性地基梁的结构分析解,可以较好地描述空间桁架式微型桩在分级加载后的内力变化及其分布规律。研究结果对正确分析微型桩的抗滑机制和微型桩抗滑设计具有较好的参考价值。     

CFG桩复合地基变刚度调平设计与分析

北京国际文化硅谷园位于北京朝阳区,工程场区以粉质黏土、粉土与砂土交互沉积为主,且地下水水位较高.该工程纯地下车库区域因自重不满足抗浮要求,采取了抗浮桩措施,同时主楼地基承载力不足,采用了复合地基,形成主楼复合地基+纯地下抗浮桩的型式.需要考虑主楼与纯地下车库,以及主楼的核心筒与外框架柱之间的差异沉降.通过基于地基与结构...     

成层软土地基预固结处理后桩基水平承载力估算方法

目前通过对软土地基预加固处理来提高桩基水平承载力已被工程界认可,但如何在工程前期设计过程中估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值仍是技术难点。基于此,参考Bowles[1]的地基土水平抗力计算式,同时考虑成层软土地基预排水固结处理影响,通过数学推导,推求出根据原状软土室内土工试验抗剪强度指标及预加固处理时间,估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值的实用计算方法。考虑桩侧土弹塑性屈服影响,推导出成层软土中水平受荷桩弹塑性解析解及塑性区深度的计算式,给出了桩顶水平位移、桩身最大弯矩的无量纲计算式及相关计算源代码。依托于浙江省某水闸桩基工程案例,根据提出的计算方法对桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等性状进行预估计算,并与地基预处理前、后现场试桩检测值进行验证对比,认为桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等预估计算成果与工程现场试桩的检测值较接近,对类似工程设计具有较好的参考价值。     

水平环境荷载与地震动联合作用下的海上风机单桩基础动力响应模型试验

近海风机结构和基础长期承受着巨大的水平向环境荷载。在风机的服役周期中,地震荷载与水平环境荷载会有大概率同时空作用于风机基础上。研发了初始水平环境施加装置,设计了砂土地基中的近海风机单桩基础超重力动力模型试验,从物理模型尺度初步实现了考虑初始水平环境荷载与地震荷载联合作用的单桩基础动力试验。通过超重力振动台试验发现,联合工况下干砂地基和饱和砂地基中风机单桩基础的震后桩身弯矩值要大于初始弯矩值。在饱和地基中部分深度处的震后桩身弯矩是初始弯矩值的4倍。此外桩顶水平位移在施振过程中出现了震荡累加的现象,在饱和地基中震后桩顶水平位移是初始位移的1.3倍。初始水平环境荷载与地震荷载联合作用下风机单桩基础表现出的这种耦合效应对风机的安全服役产生了巨大的挑战,在风机基础设计中值得关注。     

锚索双排桩与刚架双排桩的对比研究

在大型滑坡治理工程中常常采用双排抗滑桩,锚索双排桩和刚架双排桩是常见的两种型式。采用有限元程序ANSYS分别建立锚索双排桩和刚架双排桩的有限元分析模型,对比分析这两种型式双排桩的内力分布,找出能更好发挥抗滑效果的结构型式。通过对比分析可知,锚索双排桩的前后两排桩的内力分布差距十分明显,刚架双排桩的前后两排桩的内力分布差距较小,所以,刚架双排桩能够更好地发挥抗滑效果。选取锚索双排桩和刚架双排桩2个工程实例,监测分析发现锚索双排桩的前排桩侧向位移和弯矩均远小于后排桩,刚架双排桩前后两排桩的位移和弯矩比较接近,这与有限元分析结果相吻合,因此,双排抗滑桩的设计中建议采用刚架双排桩     

预应力锚索桩设计与计算

为进一步完善预应力锚索桩的设计与计算理论, 节约工程投资, 较为准确地确定锚索桩锚索预应力值及锚索桩设计计算控制条件, 采用分段计算法和地基系数法, 根据悬臂梁挠曲变形理论和弹性地基梁理论, 计算预应力锚索桩锚索与桩变形协调时桩的变形与内力, 以控制桩锚固面处变形及改善桩身内力分布来设计计算锚索桩径、锚索预应力值及锚索长度.按桩身内力变化, 采用极限状态法, 以正负弯矩对桩进行双面配筋。经过多处工程实践, 该设计计算理论能较好地反映现场实际情况.      

桩基承台梁受力分析的幂级数解答

将桩基承台梁视为置于弹性地基上的有限长梁,将竖向桩体及承台梁下桩间土体视为刚度不同的弹簧系列,基于Winkler弹性地基梁理论,推导出考虑桩土共同工作的承台梁竖向位移控制微分方程,并给出其幂级数半解析解,进而导得了在集中荷载、外加弯矩及分布荷载共同作用下桩基承台梁的竖向位移、转角、弯矩及剪力的计算公式。最后通过与链杆法、Newmark法的比较,验证了本文幂级数解答的正确性。在此基础上,探讨分析了基桩差异性、承台梁下土体作用、桩径及荷载形式等因素对桩基承台梁受力变形的影响。研究表明：当考虑上述因素影响时,桩基承台梁的竖向变形、弯矩及桩顶反力均发生不同程度的变化,因此,在实际的设计计算中应予以考虑。     

一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法

微型桩组合抗滑结构是指把若干根以一定间距排列的微型桩在顶部用板体连接起来,以抵抗滑坡推力的一种新型支挡加固结构。因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点,可用于中小型边（滑）坡的治理工程中,尤其是快速抢险工程。根据此种结构的一般受力特征,在计算桩体内力时,提出把该结构在滑面以上的部分视为在滑坡推力作用下的刚架结构,等效分解后对各桩按弹性地基梁利用m法进行解析,其间考虑了受荷段桩间岩土体对桩的推力作用,各桩体在滑面以下的部分视为弹性桩利用k法进一步计算,于是按照先分析上半部分再计算下半部分的方法可确定出该结构内力。分析结果表明,各微型桩承受轴力、弯矩和剪力,其中轴力作用更为主要。以该类结构在四川省广巴高速公路路堑边坡工程中实际应用为例,通过试验说明了所提算法的合理性。     

软基中500 kV输电桩板塔基现场试验与数值模拟

针对软弱淤泥地质条件下500 kV输电线铁塔桩板基础型式,在对桩进行完整性检测后,又对整个桩板基础进行了现场堆载、上拔力学试验,同时监测板底压力与桩身钢筋计的受力状况以及大板4脚、基柱的位移变形。试验结果表明,桩板基础具有良好的抗压、抗拔性能,在抵御外载荷作用时,表现出良好的整体性,能够很好地满足工程的需要;通过ABAQUS建立计算模型,在模拟结果与试验数据基本一致的基础上,进一步验证了现场试验的结论,为模拟桩板基础其他受力工况提供了可靠的模型依据。     

碎石土地基在不同含石量下桩-土水平作用特性及m值的研究

四川输电线路经过的山区场地中,碎石土地基分布普遍,而碎石土是一种介于岩石和土体之间特殊的岩土体,水平受荷碎石土桩基础在不同含石量下水平承载特性具有较大的差异,现行规范给出的地基水平抗力系数的比例系数m值取值范围较为宽泛。研究碎石土地基在不同含石量下桩-土水平作用特性与m值取值是输电线路塔桩基设计中有待解决的问题。通过室内单桩水平静载试验,得到了不同含石量的碎石土地基对桩顶位移、桩身内力、地基水平抗力系数的比例系数m值的影响,以及不同含石量下m值的变化趋势。对比分析得到试验特征规律,研究桩身弯矩、剪力曲线与桩侧土压力曲线,不同含石量条件的m值变化趋势。结果表明:随着碎石土地基含石量提高,桩身最大弯矩值呈非线性增大,且最大弯矩值约在埋深0.3 m截面位置处;碎石土含石量的提高,地基土水平抗力会有所增大,桩侧土压力零点位置也会有所提高;m值随着含石量的提高而增大。含石量每提高10%,m值约增大1.15~1.40倍,该项研究可作为地基水平抗力系数的比例系数m值取值的一个参考。     

被动排桩弯曲性状的三维有限元分析

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了承受邻近地面超载作用时被动排桩的弯曲性状,也研究了排桩间距变化、地基软弱下卧层以及超载与排桩之间的距离对桩身弯曲性状的影响,揭示了邻近超载作用下被动排桩桩身弯矩和挠度的变化规律。研究表明,在邻近超载作用下桩身最大正弯矩出现在0.55倍桩长处,桩顶部也产生较大的负弯矩,随着超载的增大,负弯矩由增大变为减小,桩身正弯矩增大,当超载超过一定值时,桩身正弯矩加速增长;桩身的弯矩随着桩距的增大而增大;当地基中存在软弱下卧层时,桩身的负弯矩减小,而正弯矩明显增大。     

考虑基础刚度影响的风机梁板式桩筏基础模型试验研究

梁板式桩筏基础作为新型风机基础,前景广阔,适当优化结构,可节约成本。采用大型室内模型试验,研究了梁板式桩筏基础在不同筏板刚度情况下的受力变形特性,同时讨论了桩土荷载分担比的关系。研究表明,在工作荷载范围内,适当增大筏板刚度,桩平均轴力增加,外圈桩承担的荷载增大,内圈桩的轴力减小,环梁及肋梁弯矩减小,但继续增加刚度,对桩身轴力、环梁弯矩、肋梁弯矩的影响并不大;随着荷载的增大,土体承担的荷载比逐步增大,趋于稳值。随着梁板式基础刚度增加,基础内外差异沉降减少,但是达到一定刚度后再增加刚度对变形影响较小。梁板式基础刚度的变化会影响基底反力分布的均匀性,且存在一个最优刚度,使基础底部反力分布最为均匀,本次试验中12梁的梁板式基础基底反力比6梁和实体基础更均匀。桩基的分布和梁的分布存在相互影响,改变梁的分布会影响桩顶力,而桩基在梁底下又会使梁的应力产生重新分布。研究成果可为设计桩筏基础提供参考依据。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

底板有齿坎时水闸地基反力分布规律的研究

对一建在软基上底板有齿坎的水闸进行原型试验,测试不同工况下底板的地基反力,用有限元法计算相应的地基反力。通过实测值、计算值的对比分析,发现底板有齿坎时水闸地基反力分布并不均匀,地基反力在两端齿坎下相对集中。随着上部荷载的增加,地基反力分布向均匀化方向发展。     

刚性桩复合地基桩体抗震性能分析

建立三维有限模型,分别采用振型分解反应谱法和时程分析法研究刚性桩复合地基的抗震性能,并根据相似理论,建立刚性桩复合地基群桩模型,采用模型拟动力试验,对其进行了地震作用下桩体响应规律试验研究,并对其在不同方法下的结果进行了对比分析,结果表明：无论是弯矩值还是剪力值,都是角桩最大,其次是边桩,再次是中心桩;不同分析方法所得的位移值相差不大,位移分布比较均匀;而且通过观察试验现象、分析试验和理论数据可见刚性桩复合地基具有良好的抗震性能;模型动力试验方法用于研究刚性桩复合地基的抗震性能是可行的,并且可推广应用到类似性的其他复合地基的抗震性能试验研究。     

CFG桩在某大型油罐局部地基处理中的应用

通过工程实例,介绍CFG桩在大型油罐地基局部处理中,既有效提高软弱地基强度,又最大限度保持不同地基变形协调一致的处理方法.针对油罐体型的特殊性,采用了沿油罐圆心环形布桩,并且根据不同地段地基土性质的纵横向差异采用不等距布桩的方案.复合地基处理效果理想,达到了预期的设计目的,为类似工程的地基处理提供了一种新的设计理念,供类似工程参考.     

地震荷载下长短桩复合地基的群桩效应系数分析

长短桩复合地基中,地震发生时,短桩在降低长桩所受剪力和弯矩影响中起到重要作用。本研究对弹性地基中的钢管桩基础实行了静态有限元分析,以及动态离心模型试验,通过桩径、桩长、桩间距等参数进行剪切波速,长桩剪力弯矩的对比分析,得到一种新的水平向群桩效应系数计算方法,并通过对模型建筑物的模拟,验证了该方法的有效性与实用性。结果表明,静态有限元数值模拟分析和离心模型试验结果有较好拟合,不同震级作用下通过该方法均能给出较为合理的系数。本文结果可为长短桩复合桩基的抗震性能提供重要参考,实际工程中,通过调整桩径,桩长,短桩数量等参数,可以提出更为合理的设计施工方案。     

隧道开挖引起邻近单桩水平反应分析

隧道开挖会降低邻近桩基承载力,如何更为合理评价桩基水平附加响应是需要解决的问题。基于Pasternak双参数地基模型和三折线弹塑性荷载传递模型,采用两阶段分析法,并考虑侧向土体作用及地基土层的非均质特性,提出了更符合实际的单桩水平反应简化分析方法。通过与Winkler地基梁法及边界元法的对比分析,验证了方法的合理性。结合对单桩水平反应的多种影响因素进行参数分析,通过各因素相应的修正系数来对基准工况中单桩最大水平反应进行修正,得到计算工况中单桩的最大水平位移和最大弯矩。分析结果表明,桩基水平位移计算时可忽略侧向土体作用,而弯矩计算时应予以考虑;桩基计算工况的最大水平位移 最大弯矩 与平均地层损失比 呈现线性关系,而与隧道半径R、隧道轴线深度H、桩距隧道中心线距离x及桩身柔度系数 均呈现非线性关系。