桩基变刚度调平的优化设计及在实际工程中的应用

通过对新旧两版桩基规范的对比,概述了变刚度调平设计的原理和思路,将传统的均匀布桩形式,改进为考虑地基、基础与上部结构的共同作用,对桩土支撑刚度分布实施调整,“抑强补弱”,促使沉降趋向均匀。并将该优化思想在实际工程一高层建筑桩基设计中进行应用,减少差异沉降和筏板内力,优化桩基方案,节约成本,获得了经济效益。     

考虑上部结构的桩筏基础非线性共同作用分析

当前虽然已有考虑桩筏非线性的设计,但仍无人在此基础上,考虑上部结构。因此考虑上部结构,进一步认识其与桩筏基础非线性共同作用机理,优化桩筏基础设计,具有重要的现实意义。本文以子结构法凝聚上部结构的荷载及刚度,以平面壳体单元模拟筏板,按有限层法模拟桩土之间的弹性相互作用,用广义剪切位移法模拟桩的非线性工作性状,建立了一种考虑上部结构共同作用的桩筏基础非线性分析方法,并编制了分析程序。通过实例分析,探讨了上部结构与桩筏基础非线性共同作用的机理,研究了合理布桩方式,探讨了以差异沉降为目标的优化设计的可能途径。     

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相互作用的差异沉降变形计算分析,验证控制与协调不均匀沉降的工程措施,设计选择合理的CFG桩持力层,调整主楼CFG桩桩间距、褥垫层厚度而调整地基刚度,并依据差异沉降计算分析优化调整抗浮桩的布置范围,实现了变刚度调平设计。工程检验与沉降实测,验证了本工程地基变刚度调平差异沉降的地基设计方案的合理性。     

桩筏共同作用的改进Geddes计算模型与变刚度调平设计

Geddes应力法虽然实现了桩与桩之间的相互作用,但由于没有考虑筏板的刚度,无法实现桩与筏板的共同作用。对Geddes模型进行了改进,以实现桩与筏板的共同作用。通过一工程实例,验证了此改进模型的正确性,并利用此模型,阐述了通过调整桩的疏密布置进行设计的概念和方法,达到减小差异沉降、防止结构产生次应力和节约工程造价的目的。     

地基-基础-上部结构共同作用三维数值模拟分析

地基、基础与上部结构共同作用近年来成为理论研究与工程实践的热点问题。根据三者之间的相互作用原理,将地基基础与上部结构作为一个整体进行研究,通过选用合适的三维空间计算模型,考虑了材料的非线性和边界条件的非线性,应用数值仿真系统ANSYS程序对所建模型进行模拟分析。对于软硬不同的地基模型,计算结果表明,不同硬度的地基会在上部结构及基础中产生应力重分布,同时还得出了地基土应力的空间分布规律,此结果具有一定的理论和应用意义。     

上部结构与基础、地基共同作用的仿真分析

利用有限元方法对上部结构、筏板基础与地基共同作用下应力、应变的一般规律进行分析,得出了在竖向与水平荷载作用下应力、应变的基本规律。     

建筑边距对岩坡地基及上部结构影响数值分析

为节约用地,山地城镇建设中有些建筑建于岩坡地基上,岩坡地基与上部建筑结构之间的共同作用分析成为山区岩土工程实践中的一个课题。基于有限元分析的数值方法,对均质岩坡上建筑边距(建筑距坡顶边缘的距离)对上部建筑结构与地基基础相互作用的影响进行了计算分析,其中边坡地基为10 m高的直立岩坡,基础为平板式筏基,建筑边距分别考虑了2、5、8 m的3种情况。研究了3种建筑边距情况下边坡地基的强度变形情况及上部框架结构、筏板基础的内力和变形情况,分析中上部结构、基础与边坡地基满足三者的受力平衡和变形协调条件。得出了相关结论,对工程实践有一定参考意义     

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。     

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。     

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。     

土-相邻基础相互作用的地基刚度计算分析

为了研究相邻基础对地基刚度的影响,提出了地基刚度影响系数的概念,并运用三维弹性半空间内明德林解,推导出地基刚度影响系数的计算表达式,进而通过计算地基刚度影响系数分析了相邻基础存在时,两个基础之间净距、基础边长比值以及地基土特性对地基刚度的影响规律,并根据净距和边长比值划分了可不考虑相邻基础相互作用的范围。结果表明：（1）基础周围有相邻基础存在时,其地基刚度较不存在相邻基础的地基刚度有所提高;（2）相邻基础对地基刚度的影响随着两个基础之间净距的增加而减弱,随着边长比值的增加而增强,以及随着地基土泊松比的增加而增强;（3）黏土地基中相邻基础对地基刚度的影响较其他（如粉土地基）地基更显著;（4）当净距不小于基础边长15倍时,或者基础边长比值小于0.1时,可以不考虑相邻基础对地基刚度的影响,其他情况需根据净距和边长比值分析是否考虑相邻基础对地基刚度的影响。     

考虑基桩差异性及桩土共同工作的桩基承台粱内力分析

传统承台梁计算方法采用倒置的连续梁进行简化计算,未能考虑基桩承载力差异对承台梁内力的影响及梁下土体对荷载的分担作用,同时也难以模拟梁下土体的连续性及应力-应变的扩散.引入荷载传递法计算基桩刚度,提出一种对基底反力能进行自动调整的梁底反力计算方法,并结合Newmark计算原理,给出了能考虑基桩承载力差异、梁身截面变化及梁下地基土体塑性变形的承台梁内力分析方法.最后,结合某工程实例,对各种计算方法进行了分析比较,结果表明本文方法更符合桩基承台梁的实际受力状况.     

考虑基桩差异性及桩土共同工作的桩基承台梁内力分析

传统承台梁计算方法采用倒置的连续梁进行简化计算,未能考虑基桩承载力差异对承台梁内力的影响及梁下土体对荷载的分担作用,同时也难以模拟梁下土体的连续性及应力-应变的扩散。引入荷载传递法计算基桩刚度,提出一种对基底反力能进行自动调整的梁底反力计算方法,并结合Newmark计算原理,给出了能考虑基桩承载力差异、梁身截面变化及梁下地基土体塑性变形的承台梁内力分析方法。最后,结合某工程实例,对各种计算方法进行了分析比较,结果表明本文方法更符合桩基承台梁的实际受力状况。     

软土地层桥梁群桩基础桩土共同作用性状的非线性有限元分析

通过对某高速铁路特大桥群桩基础进行三维非线性有限元分析,并结合现场试验得出的规律进行相应的对比分析,研究了软土地层桥梁群桩基础桩身轴力、桩侧摩阻力、基底土体附加应力、孔隙水压力分布、超孔隙水压力消散和群桩基础荷载沉降规律。计算结果表明,基桩所承受的轴力,角桩＞边桩＞中心桩,角桩和边桩的轴力沿桩身减小的幅度较大,而中心桩的轴力沿桩身减小的幅度稍小;各基桩桩侧摩阻力的发挥情况,侧摩阻力值总体上呈角桩＞边桩＞中心桩,相对滑移量基本呈上大下小的形态,即桩身上部桩-土之间产生的相对滑移量较中下部要大;外荷载作用下产生的土体附加应力和超孔隙水压力主要集中在承台底以下土体的一定范围内,其衰减梯度沿深度方向逐渐降低,随着固结时间的延长,群桩基础沉降达到稳定。     

考虑桩-土-结构相互作用的桥梁桩基地震反应有限元分析

地震荷载作用下桩-土-结构相互作用问题在桥梁抗震研究中越来越受到重视。本文结合工程实例,利用有限元仿真软件ADINA,建立桩-土-结构相互作用的有限元实体分析模型。选取三种时程波作为地震荷载,对在地震作用下桩-土-结构相互作用对桩的沉降位移,桩侧摩阻力和有效应力的影响进行了分析研究,对桩基设计提出了较为合理的建议。     

Dynamic response of a pile considering the interaction of pile variable cross section with the surrounding layered soil

Assuming that the pile variable cross section interacts with the surrounding soil in the same way as the pile toe does with the bearing stratus, the interaction of pile variable cross section with the surrounding soil is represented by a Voigt model, which consists of a spring and a damper connected in parallel, and the spring constant and damper coefficient are derived. Thus, a more rigid pile–soil interaction model is proposed. The surrounding soil layers are modeled as axisymmetric continuum in which its vertical displacements are taken into account and the pile is assumed to be a Rayleigh–Love rod with material damping. Allowing for soil properties and pile defects, the pile–soil system is divided into several layers. By means of Laplace transform, the governing equations of soil layers are solved in frequency domain, and a new relationship linking the impedance functions at the variable‐section interface between the adjacent pile segments is derived using a Heaviside step function, which is called amended impedance function transfer method. On this basis, the impedance function at pile top is derived by amended impedance function transfer method proposed in this paper. Then, the velocity response at pile top can be obtained by means of inverse Fourier transform and convolution theorem. The effects of pile–soil system parameters are studied, and some conclusions are proposed. Then, an engineering example is given to confirm the rationality of the solution proposed in this paper. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

桩基础托换开发地下空间不均匀沉降的数值分析

桩基础托换法开发既有建筑物地下空间的施工过程可分为桩基托换前、托换后和土方开挖至设计标高3个工况。施工过程会使既有建筑物地基产生二次沉降变形,由此产生的附加内力会影响到上部结构的安全。为了研究一个3层框架结构建筑物增加一层地下室桩基础托换过程的地基沉降规律,建立了3个工况的ANSYS三维有限元模型,并进行数值分析。通过定义路径的方法,可以得到3个工况的沉降曲线和柱脚处地基的沉降差。从沉降分析的结果可以看出：桩基托换前,地基总的沉降趋势是中间部位柱脚大于周边部位柱脚的“盆式沉降”;桩基础托换后,柱脚处的沉降差进一步增大;土方开挖后,由于下层土被“卸载”,中间部位柱脚处的地基明显回弹,使得中间部位柱脚与周边部位柱脚的沉降差出现了减少的趋势。最大的沉降差出现在桩基托换后土方开挖前,此时由沉降差引起的上部结构的附加弯距可以通过ANSYS有限元分析求出。     

刚性承台下变截面柔性桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数,同时,考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用力学理论及微分方程的近似解法-子域法,推出了刚性承台下变截面柔性单桩与地基相互作用的系列近似解析算式,并通过算例,将承台下变截面柔性桩的情况与同体积的等截面柔性桩的情况进行了对比。对比表明：改变桩型能提高柔性单桩及单桩承台的承载力。将模型试验结果与计算结果进行了比较,验证了解析算式的可行性。