考虑土体屈服的纵横荷载单桩变形内力分析

为提高桩身变形较大时纵横荷载单桩的设计计算水平,假定地基反力系数沿深度线性增加,考虑土体屈服及纵向荷载的P-?效应并计入桩身自重和桩侧摩阻力的影响,得到了地面以下桩身变形和内力的幂级数解。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：桩顶位移、地面处桩身位移及桩身最大弯矩均随纵横向荷载和自由段桩长的增加而增大,并随土体屈服位移的增加而减小;纵向荷载足够大时桩基失稳;桩顶约束条件对桩的响应影响很大。计算值与模型试验的实测值吻合较好,所得解和程序是可靠的。     

成层土中轴横受荷桩水平响应的非线性解

对于承受轴向荷载的水平受荷桩,以往研究大多基于线弹性或弹塑性水平荷载传递模型。为提升轴横受荷桩的计算设计水平,采用轴向荷载传递法计算桩身轴力,考虑桩身轴力引起的P-Δ效应,基于双曲线型水平荷载传递模型考虑桩-土体系变形的非线性特征,对成层土中轴横受荷桩的水平响应进行分析求解,得到了轴横荷载作用下桩身变形和内力的非线性有限差分解,并采用MATLAB语言编制了计算程序。使用模型试验算例与基于现场试验的有限元算例对非线性解的准确性进行对比验证,结果表明:计算结果与算例数据吻合良好,可靠性较高;采用不同荷载传递模型的计算结果在不同荷载水平下有所差异,在较大荷载水平下桩-土变形的非线性特点不容忽视。     

水平谐振荷载作用下桥梁基桩的动力反应

针对桥梁基桩在施工和运营过程中不可避免承受动力作用的问题,在考虑桩顶承受轴向和横向静力荷载共同作用的基础上,将激振荷载简化为水平谐振荷载作用,并基于动力Winkler地基梁模型,将桩周土由一系列分布的彼此独立的弹簧和阻尼器所代替,建立桥梁基桩在瞬态荷载激励下的横向振动方程,求解基桩横向非线性动力学响应。在考虑桩-土接触和透射边界的基础上,引入有限单元方法建立基桩的二维非线性动力有限元模型,分析了基桩各项设计参数。计算结果表明：基桩桩顶位移大致随荷载频率的变化呈驼峰形,其位移量随着荷载振幅的增大而增加;基桩的自振频率随着长径比的增加而增大,且随着桩-土模量比的增加,自振频率有减小的趋势;增大桩径会增大基桩的受力,其对应的变形也将有所减小,且基桩的稳定性增加。     

预应力混凝土管桩桩土相互作用的有限元分析

以软土地区某桥梁基桩动载试验为背景,采用有限单元法对桩土动力相互作用进行了分析。采用等效线性模型模拟了土体材料的非线性,并考虑桩的材料阻尼以及桩土接触界面处状态非线性对动力响应的影响,并分析了桩的材料参数和土的参数对桩顶动位移的影响。分析表明,基桩弹性模量和材料阻尼对桩顶动位移有一定的影响,但基桩材料阻尼的影响很小,桩顶位移随桩侧土压缩模量和阻尼的增大而减小。     

斜坡桩水平循环特性模型试验及有限杆单元解

为了揭示斜坡效应和循环弱化效应共同影响下的斜坡桩水平循环特性,进行了不同循环次数、荷载幅值及坡度下的单向水平循环加载试验,并将水平静载试验作为对照,揭示了桩顶位移、桩身弯矩及地基反力等变化规律。综合考虑二阶效应及桩-土相互作用的影响,对单元刚度矩阵进行了改进,提出了有限杆单元解。将理论预测曲线等与实测曲线及幂级数法计算结果进行了对比,验证了有限杆单元解的合理性。结果表明：桩身弯矩及位移均随循环次数非线性增加,最大弯矩位置逐渐从无量纲深度z_α=1.25下移到z_α=1.75;桩顶无量纲位移y0,α与循环次数n之间的关系符合幂函数y0,α=An0.11;当荷载幅值由20 N增加到40 N时,最大无量纲弯矩由0.010增加到0.029,位置均保持在z_α=1.7附近;当坡度由30°增加到60°时,最大无量纲弯矩由0.011(z_α=1)增加到0.025(z_α=2.5)。     

考虑坡度效应的水平受荷桩应变楔计算方法

由于坡度效应的存在,常规方法并不适用于斜坡上水平受荷桩的计算,首先开展了斜坡上基桩的横向加载破坏试验,以确定斜坡上基桩的破坏模式。在此基础上,沿坡体方向对破坏土楔体进行斜向单元划分,提出了考虑坡度效应的土体应变楔模型,对于其中的关键参数应变楔深度与应变楔土体应变采用迭代求解。迭代过程中,建立基桩横向受荷的桩-土相互作用方程并用有限杆单元法求解,当求解得到的桩身地面处位移与应变楔模型中地面处土体位移之差小于某一允许值时,得到的基桩的水平位移及内力即为最终解答。通过与试验测试数据的对比,验证了该方法的合理性。最后,将土体破坏深度与边坡斜率的比值定义为陡坡效应影响范围,并对其影响因素进行了对比分析。结果表明,陡坡效应的影响范围受土体强度参数及基桩尺寸等多因素影响,其随着桩径的增加而减小,且随土体强度的增强而减小。     

考虑加筋与遮帘效应计算群桩沉降的相互作用系数法

群桩中各基桩在地基土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,然而,在目前的桩基沉降理论与实践中,相关的研究仍显不足。基于剪切变形法理论,考虑桩的加筋与遮帘效应,求得各基桩在自身桩顶荷载作用下产生的沉降以及其引起相邻桩的附加沉降量,由此提出群桩中任两桩的相互作用系数简化公式,同时,也得到各基桩桩侧及桩端桩-土接触等效弹簧刚度,并基于荷载传递法原理,建立了成层地基条件下各基桩在自身桩顶荷载作用下的桩身位移平衡方程,推导出各土层层顶处桩身沉降、轴力与层底处桩身沉降、轴力之间的递推关系,进而将公式推广到高、低承台群桩基础计算中。工程算例分析表明,用该方法计算有较高的精度,求得的荷载-沉降曲线及两桩相互作用系数与实测值吻合较好;相互作用系数要明显小于弹性理论计算结果。     

考虑加筋与遮帘效应的层状地基群桩沉降计算

桩群在土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,但目前的理论与实践均未能或有效地考虑该效应.基于剪切变形法原理,在计算某一根桩沉降时,考虑了其他各相邻基桩的存在对该桩沉降的折减,即加筋与遮帘效应,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度,建立了桩身位移微分方程,分别求得桩顶沉降-桩端沉降、桩顶荷载-桩端压力的递推关系,从而得到了各桩在自身荷载作用下引起自身沉降的柔度系数; 同理,也求得了各邻桩在其桩顶荷载下引起它桩沉降的柔度系数,最终建立了群桩沉降计算的柔度矩阵方程.推导过程中,考虑了地基土的成层性及桩端沉降的相互影响,并提出了基于一定深度内的Mindlin位移解且考虑桩径影响的桩端压力-桩端位移关系新模式.算例结果表明,本文方法与实测值较为接近,且按本文方法求得的群桩中基桩相互作用系数明显小于弹性理论计算结果,且与实测值吻合较好.     

分布荷载推力桩计算的p-y曲线法研究

为提高现有水平梯形分布荷载推力桩设计计算水平,提出了地基系数按非线性土抗力.水平位移(p-y)曲线抗力模式表达的水平梯形分布荷载推力桩位移和内力计算的有限差分数值分析方法,并详细推导了桩身位移的差分格式.基于这些公式,编制了全桩位移、内力及侧土抗力的计算和图形处理程序,可适用于滑坡抗滑桩和深基坑悬臂支护桩的设计计算.结合新型桩型现浇混凝土薄壁管桩(PCC桩)作为滑坡抗滑桩进行对比分析,算例表明:该方法方便可靠.当有限差分段划分得足够小时,可使数值解接近于真实解.     

倾斜荷载下群桩承载特性理论分析

倾斜荷载是海洋、输变线塔等桩基工程的最主要荷载形式之一。然而现行规范中有关该问题的计算方法相对并不成熟。将桩身划分为自由段和嵌固段,建立桩基单元体的挠曲微分方程;基于群桩p-y曲线法计算水平荷载下群桩承载特性;考虑桩-土相对滑移和竖向力引起的二阶弯矩(P-(35))效应,基于剪切位移法计算竖向荷载下桩-土相互作用;编制相应程序,以迭代法计算获得荷载-位移曲线、桩身弯矩分布规律曲线等。分析验证了所建立的理论计算方法的准确性和可靠性。相关研究成果拓展了工程设计中倾斜荷载作用下桩基承载特性计算方法,为工程设计与计算提供参考依据。     

基于有限元强度折减法的复式抗滑桩内力计算及桩土作用机理分析

在边坡、滑坡防治工程中已得到广泛应用的П形、h形等复合式抗滑桩,由于其多属于复杂的超静定结构,受力形式或荷载分配方式仍存在较大争议,桩土相互作用关系复杂,传统方法在求解其内力时往往面临较大困难。有限单元法和强度折减法的结合为解决这类问题提供了一条可行的途径,该方法求解这一类问题时不需要假定抗滑桩系统的结构类型以及岩土体作用在抗滑桩上的荷载分布形式,因此获得的计算结果往往更符合实际情况。本文以某隧道进口岸坡的П形抗滑桩为例,在详细分析岸坡稳定性状况以及可能失稳模式的基础上,采用有限元强度折减法对桩身内力、桩土作用关系以及治理效果进行计算和分析,结果表明利用有限元强度折减法求解这类具有复杂超静定结构抗滑桩系统的内力是一条有效的途径,计算结果对该治理工程的设计具有一定的应用参考意义。     

用有限单元法分析超长单桩的荷载传递

用描述桩侧摩阻力与桩-土相对位移关系的指数函数,推导出桩-土接触面本构模型,并设置了Goodman接触面单元来分析桩土相互作用。针对超长桩钢筋混凝土受应力大的特点,用混凝土的弹性非线性模型来分析受轴向荷载下钢筋混凝土的应力应变关系。编制的有限元程序能解决层状土及层状土导致沿桩身不同位置处桩-土相互作用不同特性,并针对工程实例桩变截面的特点,采用合理的计算手段使得按等截面桩计算分析结果与按实际变截面桩计算分析结果相同。用此程序对一工程实例进行了计算分析,计算结果与静载试验实测值较符合。     

坡顶面复合荷载刚性短桩工程设计要素分析

位于斜坡顶面的复合受荷桩,除受水平及竖向荷载共同作用产生的交叉影响外,还需考虑边坡效应,其承载力特性存在多种影响因素相互交叉作用,复杂程度远高于水平地面受荷桩。本文采用三维有限元软件对坡顶复合受荷桩进行多方面的数值模拟分析,研究发现同级荷载下随复合荷载加载角度增加其极限承载力呈先减小后增大的规律;竖向荷载对桩身水平位移的影响大于其对内力的影响;桩周均布土压力增大将使得桩身位移及内力随之增大;随临坡距增加边坡的影响作用将减小。     

考虑桩-土非线性接触的自平衡桩基测试有限元分析

自平衡桩基测试由于不受场地限制,在桥梁桩基检测和水上试桩领域得到较为广泛应用,但由于自身承受荷载机理、桩土相互作用与传统桩基静载测试不同,目前其实际应用仍然存在一些问题,因此需要在自平衡加载方式下建立合理数值模型来为进一步理论分析奠定模型基础。在考虑桩体非线性接触面基础上,研究了决定非线性接触性质的摩擦系数计算原则及相关模型参数取值,基于ANSYS接触面单元建立了自平衡桩基有限元模型,以武汉工程为依托,与实测结果进行对比,结果表明基于接触面单元建立的自平衡桩基模型具有更高的精确度,能够很好反映真实荷载作用下上下段桩位移曲线图。     

PHC管桩荷载传递的试验研究和数值分析

通过在预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的桩顶、桩端及桩周各主要土层的分界面埋设应变计的静荷载试验，研究了PHC管桩的荷载传递机理，分析了轴力和桩侧摩阻力的变化规律。并以工程中PHC管桩的竖向抗压静载试验为基础，运用有限单元法对软土地区的PHC管桩桩-土相互作用进行模拟，在分析中采用弹塑性模型，引入了非线性接触面单元，并且考虑了土体的材料非线性。分析结果表明，计算值和实测值有一定的差别，但是变化趋势基本一致。     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

Effect of compressible parameters on vertical vibration of an elastic pile in multilayered poroelastic media

This paper mainly investigates the influences of compressible parameters on the vertical vibration of a pile embedded in layered poroelastic soil media. The pile is treated as a 1D elastic bar by the finite element method, and fundamental solutions for the layered poroelastic soils due to a vertical dynamic load are obtained by the analytical layer element method. Based on the compatibility conditions, the pile-soil dynamic interaction problem is solved. The numerical scheme has been compiled into a Fortran program for numerical calculation. Influences of the pile-soil stiffness ratio, compressible parameters, vibration frequency and the soil stratification are discussed.     

门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析

门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。     

多排预应力锚索抗滑桩内力计算有限差分解法

文章研究了深路堑高边坡中采用的多排预应力锚索抗滑桩内力计算方法。基于普通抗滑桩内力计算的地基系数法原理,考虑桩身和多排锚索位移的变形协调,提出了其内力计算的有限差分解法。与传统方法相比,该法通过编程计算,可很容易获得锚索拉力、全桩内力和位移值及其分布规律。工程实例计算结果与现场测试结果的对比分析表明,本文提出的方法可行,其计算结果较好反映了锚索桩的实际受力状态和变化规律。