梁板式桩筏基础现场测试分析

风力发电工程是我国乃至世界可持续发展之路的重要一步,而梁板式风机基础是陆上风机基础的一种新型形式,梁板式风机基础的研究正受到学术界和工程领域的广泛关注。基于江苏射阳港风电项目,通过在风机基础底板下埋设土压力盒,桩内布设钢筋计,测算风机基础从风机施工至正常运行过程中的基底土压力分布和桩顶轴力。重点讨论风机处于施工过程中和正常运行状态下桩顶轴力的变化规律,分析桩土分担比,并将现场试验得到的基础内力与实际设计方法计算所得基础内力进行对比验证。结果表明,风机运行前,竖向荷载主要由内圈桩承担,风机运行后,外圈桩承担荷载增加,内圈桩承担荷载减小;风机运行后土体承担荷载较大,目前的设计方法不考虑土体的承载作用,计算结果偏于安全。     

风机梁板式桩筏基础承载特性大型模型试验研究

梁板式桩筏基础与传统桩筏基础一样具有较高的承载力和变形控制能力,且较传统桩筏基础能够节约成本,具有重要经济效应,因而成为了新兴的基础形式被应用于风电基础中。然而目前该基础仍采用传统桩筏基础的设计方法进行计算,造成了巨大的浪费。为了弥补目前梁板式风机基础设计方法的缺陷,采用大型室内模型试验对梁板式风机基础的受力变形特性进行研究,分析了竖向荷载作用下梁板式风机基础内梁、桩、土体等的受力机制及特性。研究表明,在工作荷载范围内,梁板式桩筏基础体系处于弹性状态,且梁板式桩筏基础具有一定的柔性,中央与边缘存在一定的差异沉降。桩-桩相互作用及桩-土相互作用对具有一定柔性的梁板式桩筏基础受力变形特性具有重大的影响,应该修正现行设计时不考虑这几个因素的缺点。     

桩筏基础相互作用分析

提出了考虑土-桩-筏相互作用的迭代分析方法,可获得筏板的内力和桩身轴力等.考虑了桩筏基础下群桩效应作用的群桩桩顶反力分布、群桩桩端力分布及桩与桩相互作用等问题,使得计算的群桩单桩刚度较合理.同时,具有能考虑土的非线性、成层地基及利用单桩静载试验成果反演分析所得参数运用于群桩分析等特点.采用的8节点等参板单元可适用于分析平面不规则形状及变厚度的薄筏板和厚筏板.用笔者提出的方法对桩筏基础实例进行了分析,研究了桩长对该桩筏基础相互作用的影响,并与实测成果及其他学者研究成果进行了对比,表明了该方法能较合理地分析桩筏基础相互作用.     

桩筏基础变形分析简化程序DRAB的扩充

桩筏基础变形分析简化程序PRAB采用了以下混合模型。柔性筏、桩和土体分别被模型化为薄板、弹性梁和弹簧。将其扩充到能够考虑土体有限深度的影响。对设置在有限深度的均质土体中的桩筏基础和群桩基础的变形,采用PRAB和三维有限元法分别进行了分析,两种计算方法的结果非常吻合。结果表明,与群桩相比,桩筏基础中桩体所受的力和变形都相对较小。因而仅讨论了采用线弹性模型的情况,非线性模型也可以扩充到PRAB程序中去。     

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。     

高层建筑桩筏基础优化设计研究

将上部结构与地基基础共同作用分析方法和优化设计理论相结合,提出了桩筏基础优化设计模型和实用分析方法。通过抽桩分析,证明了边弱中强和墙柱下强、跨中板下弱的布桩原则是正确的。     

多向荷载作用下层状地基刚性桩筏基础分析

提出一种多向荷载作用下层状地基中刚性桩筏基础的计算方法。基于剪切位移法,采用传递矩阵形式分析了竖向荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;引入修正桩侧地基模量,采用有限差分法分析了水平荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;基于层状弹性半空间理论,分析了多向荷载下桩顶面-土表面、土表面-桩顶面、土表面-土表面的相互作用关系。建立了桩土体系柔度矩阵,得到了多向荷载下层状地基中刚性桩筏基础的受力和变形的关系以及桩的内力和变形沿桩身分布规律。通过与有限元对比,验证了该方法的合理性和修正地基模量的优越性,并对多向荷载作用下的桩筏基础进行了计算分析,计算结果表明,水平力将会引起桩筏基础的倾斜。     

陆上风轮机梁板基础受力特性简化分析

提出一种多向荷载同时作用下的刚性桩筏基础简化计算方法,基于Mindlin解,分析桩顶面-桩顶面、桩顶面-土表面、土表面-土表面的相互作用关系。推导多向荷载下桩土体系柔度矩阵,得到刚性桩筏基础的受力和变形的关系,通过与有限元对比证明了文中方法的正确性,在此基础上对耦合荷载作用下的风机基础的受力和变形特性进行分析。研究表明,耦合荷载作用下风机基础将会产生竖向不均匀沉降,并会引起桩顶轴力的的巨大的差异。     

超高层建筑桩筏基础的桩顶反力计算研究

根据上海高88层、筏板厚度为4 m的金茂大厦和高101层、筏板厚度为4.5 m的上海环球金融中心桩筏基础的实测沉降资料,论证超高层建筑的桩筏基础为弹性体。对以上两幢超高层建筑和正在建造中的高121层、筏板厚度为6 m的上海中心大厦的桩筏基础,采用偏心受压公式和高层建筑与地基基础共同作用理论方法(混合法)进行详细对比计算,论证按弹性体计算桩顶反力的合理性,阐明《建筑桩基技术规范》(JGJ 94–2008)的3.1.8条的正确性和合理性。期望能够改变过去按偏心受压公式计算桩顶反力的传统观念,提高设计水平。     

上海中心大厦桩筏基础的安全性分析与评价

以金茂大厦和上海环球金融中心的成功设计经验为依据,从设计角度分析和评价中国第一高楼--上海中心大厦桩筏基础的性状及安全性。类比分析大楼的重量、水浮力和桩土分担,并着重对桩承载力和桩顶反力、筏板厚度和弯矩、建筑物沉降等进行计算和评价,综合分析认为上海中心大厦的桩筏基础具有较高的安全度。其分析思路、计算方法及所得结论可为今后超高层建筑桩筏基础的设计和性状研究提供参考     

沉降控制复合桩基数值模拟分析

沉降控制复合桩基在上海软土地区建筑工程中得到了广泛应用,根据沉降控制复合桩基自身的特点,提出了简化的三维有限元分析模型,模拟了桩土及其承台之间复杂的相互作用,通过计算分析,得到了若干可供工程设计参考的结论.     

考虑基坑开挖影响的群桩基础竖向承载性状数值分析

对土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,用接触面单元模拟桩-土相互作用,利用ABAQUS建立桩筏基础--地基--基坑开挖三维有限元分析模型。对基坑开挖影响下的群桩基础竖向承载性状进行了分析,讨论了桩顶反力分布、桩身轴力、桩侧摩阻力以及开挖引起的桩身水平位移及其弯矩的变化规律,并进行了考虑基坑开挖与不考虑基坑开挖的群桩基础竖向承载性状的对比分析。通过研究,取得了基坑开挖对高层建筑桩筏基础影响的基本认识,这些认识对于改进桩筏基础设计理论有一定的参考意义。     

考虑流变与固结效应的桩筏基础-地基共同作用分析

土的流变性与地基固结的综合作用,导致了上部结构与地基变形的时效性,并呈现出明显的非线性,对桩筏基础与地基共同作用的工作机理及其工作性能产生重要影响。为此,采用弹黏塑性流变模型考虑土的流变特性,通过有限元方法数值求解Biot耦合固结方程,对桩筏基础与地基共同作用的时间效应问题进行了非线性数值分析。通过算例计算,对加载后桩筏基础荷载分配和沉降特性及下覆土层中孔隙水压力的扩散和消散规律进行了探讨。研究表明,地基孔隙水压力的增长和消散不仅具有Mandel-Cryer效应,而且依赖于土的流变变形,尤其在排水条件较差时更为明显。因此,在分析桩筏基础内力变形的时效性时必须考虑土的流变性与地基的固结作用的联合效应。     

软土地基邻近堆载对桥梁桩基偏位的影响研究

在软土地基中,邻近堆载不仅将引发桥梁桩基发生侧向偏位,还将导致桩身产生附加弯矩,这对于桥梁的安全使用将产生极其不利的影响。通过对具体工程实例的介绍,利用有限元分析手段,并结合现场桩基偏位的实测结果,对邻近单侧堆载及双侧堆载所引发桩基偏位情况进行深入剖析。通过分析结果可知,在单侧堆载的作用下,桩基将产生侧向偏移及附加弯矩,且反弯点位于软土层与硬土层交界处附近,严重时将导致桩顶区域发生开裂破坏;在双侧堆载的作用下,桩基的偏位情况取决于两侧的堆载作用,而双侧卸载对桩基偏位影响较小,但对缓解桩身附加弯矩具有显著的作用。     

带桩筏基系统的弹塑性分析与设计方法研究

采用ABAQUS有限元程序中的线性扩展D-P模型对带桩筏基下的地基土进行弹塑性模拟,建立了带桩筏基系统的ABAQUS程序三维有限元模型。经比较各种桩、筏基础的内力与沉降关系计算结果,得到了带桩筏基的一些工作特性。在此基础上结合《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002),改进了传统的复合桩基设计方法,讨论了“三阶段”设计理念的可行性,并将其应用于工程实例。分析结果表明,改进的复合桩基设计方法和“三阶段”设计方法较常规设计方法更加经济合理。     

竖向荷载下刚性板桩筏基础分析方法

根据群桩中桩侧摩阻力分布规律,在桩筏基础中基于弹性理论中的变形协调关系、桩体物理方程和力的平衡关系,推导了竖向荷载作用下桩筏基础的荷载和位移之间的刚度矩阵,从而提出了一种刚性板下桩筏基础的分析方法。刚性板桩筏基础分析中考虑了4种相互作用,分别为桩-土-桩、桩-土-板、板-土-桩和板-土-板相互作用。基础中各桩可具有不同的桩长、桩半径和刚度等特性。应用该方法不需要划分桩-土体单元,分析中的计算矩阵仅与基础中桩数和筏板下土节点数量相关而与其他变量无关,分析过程简洁通用。通过与各种分析方法的比较验证,证明该方法是合理可行的。