扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQUS,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载－位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。     

竖向荷载作用下预应力抗拔灌注桩三维有限元分析

预应力抗拔灌注桩通过对桩体施加预应力产生的抗拔力可以有效阻止裂缝发展,在承载力不变的前提下降低桩基钢筋用量,节省工程成本。借助有限元数值分析方法,通过各种符合抗拔桩工作性状的参数的合理假定,对竖向荷载作用下预应力抗拔灌注桩的工作性状及桩-土动力相互作用进行了研究。结论表明:桩径增大和桩长增长将导致桩顶位移量减小;预应力抗拔灌注桩与普通桩相比具有更好的变形协调能力和承受上拔荷载的能力。     

软土地区拔桩施工对既有桩基变形性状影响的研究

拔桩施工过程中会对周围既有桩基产生一定影响。为了估计套管法拔桩对周围既有桩基变形性状的影响,通过结合现场实测数据,使用有限元软件ABAQUS对施工过程进行数值模拟,分析了拔桩施工时既有桩基沉降与水平位移的变化情况。结果表明：套管开始压入、套管拔出与回填过程中,既有桩水平位移和沉降分别沿桩身不断减少和逐渐增加,最大值分别为2.4 mm和4.6 mm;套管压入或拔出回填过程中,既有桩基的水平位移均约为沉降的1/10;拔桩施工时既有桩基桩身轴力随着深度不断减少;拔桩结束后土的工程性质（尤其是压缩模量）发生较大改变,折减系数可取0.4～0.9。此成果可为拔桩施工提供一定的参考。     

抗拔钢筋对提高混凝土承台-钢柱脚锚固承载力的研究

在试验研究基础上,采用ANSYS有限元分析程序,对不同抗拔钢筋配筋率的混凝土承台-钢柱脚在单向加载下的性能进行了弹塑性计算分析。结果表明,随着抗拔钢筋配筋率提高,其抗拔承载力、后期刚度、耗能能力均比未配抗拔钢筋的混凝土承台-钢柱脚逐步提高,但其提高的比例逐渐趋慢。用承载力桁架模型对各混凝土承台-钢柱脚承载力进行了计算,结果与有限元计算结果符合较好。     

花管土钉抗拔力学模型研究

花管土钉已被广泛应用于基坑工程中,但其抗拔承载机理尚不明确。根据花管土钉的支护原理,分析其三种破坏形式,提出花管土钉的四个受力阶段;基于库仑土压力理论,将滑动土体上方看作均布荷载,推导出花管土钉极限抗拔承载力的计算公式;结合兰州某基坑实例,将《建筑基坑支护技术规程》中的花管土钉极限抗拔承载力计算方法与本文计算方法进行拉拔试验,并对结果进行对比分析。研究表明：花管土钉的破坏模式主要为花管杆体被拉断、出浆锚固体被剪断及出浆锚固体前端土体变形过大;花管土钉的四个受力阶段包括静止阶段、塑性区产生阶段、塑性区扩张阶段和破坏阶段;在花管土钉极限抗拔承载力的组成中,出浆锚固体提供的抗拔力所占比重随花管埋深的增大而显著增大,是花管土钉极限抗拔承载力的重要组成部分。     

昆明盆地泥炭质土动力学参数统计研究

泥炭质土在昆明盆地分布广泛,由于其工程性质差,因此其土动力学性质受到许多学者的重视。首先收集近年来昆明盆地内埋深为0~100 m的62个取样点,128组泥炭质土样的动三轴实验数据进行统计分析,得到了泥炭质土的不同剪应变下的动剪切模量比和阻尼比的统计值;然后讨论土动力学参数随埋深的变化特征,并与《工程场地地震安全性工作规范》给出的黏土值、粉质黏土值、淤泥质黏土值进行了对比;最后在昆明盆地内挑选了2个典型钻孔模型,分别输入统计值、实测值、规范黏土值、粉质黏土值、淤泥质黏土值,进行一维土层反应分析计算。结果表明:规范给出的黏土值、粉质黏土值、淤泥质黏土值与泥炭质土实测值得到的结果差异较大,泥炭质土统计值与实测值得到的结果差异较小。当现场工作取样困难,得不到可供试验的原状样时,可考虑选择使用本文的泥炭质土统计值。     

海洋平台打桩过程中溜桩对桩基影响的研究

打桩过程中突然快速的溜桩可能造成脱锤,桩体破坏,引发安全事故。由于溜桩的产生往往造成打桩锤击数的预测值与实测值具有较大的偏差,此时准确评价溜桩后桩基承载力就成为实际工程中非常关注的问题。本文选择我国东海两个工程实例,根据现场高应变动测试验和打桩记录,研究了溜桩对桩基承载力的影响。计算分析显示,溜桩的产生会导致打桩总能量的明显降低;现场动测试验结果显示,溜桩发生后在发生溜桩的土层的桩体侧摩阻力接近于零,而桩端阻力没有明显的异常,说明溜桩导致的承载力降低主要来自于侧摩阻力的减小。在本文的实例中,溜桩导致的桩基承载力的降低最大可以达到桩基承载力计算值的17%。     

海洋平台打桩过程中溜桩对桩基影响的研究

打桩过程中突然快速的溜桩可能造成脱锤,桩体破坏,引发安全事故。由于溜桩的产生往往造成打桩锤击数的预测值与实测值具有较大的偏差,此时准确评价溜桩后桩基承载力就成为实际工程中非常关注的问题。本文选择我国东海两个工程实例,根据现场高应变动测试验和打桩记录,研究了溜桩对桩基承载力的影响。计算分析显示,溜桩的产生会导致打桩总能量的明显降低;现场动测试验结果显示,溜桩发生后在发生溜桩的土层的桩体侧摩阻力接近于零,而桩端阻力没有明显的异常,说明溜桩导致的承载力降低主要来自于侧摩阻力的减小。在本文的实例中,溜桩导致的桩基承载力的降低最大可以达到桩基承载力计算值的17%。     

国家体育场柱脚锚固性能试验研究

大跨结构柱脚锚固性能是抗震设计的关键之一。国家体育场柱脚为钢柱脚,该钢柱脚锚固于钢筋混凝土承台中,其受力复杂,以往国内外类似的试验很少。笔者共进行了4个钢筋混凝土承台-钢柱脚试件锚固性能的试验研究,本文介绍其中2个几何尺寸较大的钢筋混凝土承台-钢柱脚试件锚固性能的试验研究概况,1个试件为混凝土承台中配置抗拔钢筋的试件,1个为混凝土承台中未配置抗拔钢筋的试件。通过单向重复加载下的钢柱脚锚固性能试验,对试件的锚固承载力、延性、合理配筋型式等进行了研究。试验结果表明,混凝土承台中配置抗拔钢筋的试件与未配置抗拔钢筋的试件相比其锚固承载力和延性显著提高。在试验基础上,建立了柱脚锚固承载力计算的桁架模型,计算结果与实测结果符合较好。     

用机械阻抗法确定作业井架地锚桩的极限承载力

由于油田井下作业井架为一两腿落地的空间钢架结构,需要用绷绳作支撑,所以用于固定油田井下作业井架绷绳的地锚桩,其抗拔极限承载力的研究与确定对保证井下作业安全至关重要。本文用机械阻抗法对井下作业系统中地锚桩的极限抗拔载荷进行了测试与研究。采用瞬态激励法,用变时基技术分别测试了4种规格尺寸的油管桩和一种规格尺寸的水泥桩在瞬态激励下的速度信号,进行变时基传函分析得出动刚度,确定了极限承载力。结果分析表明,在大庆油田粘性土使用条件下,水泥桩的极限抗拔拉力很大,完全可以满足井下作业需要;不同尺寸油管桩的极限抗拔拉力差异较大,井下作业时应使用2．5m以上长度的油管桩。     

中日规范中关于液化和侧向扩流场地桥梁桩基抗震设计考虑之比较

评述了我国液化场地和侧向扩流场地桥梁桩基抗震设计规范。总结了中日两国液化场地和侧向扩流场地桥梁桩基的抗震设计方法与技术细节,阐述了日本规范中液化场地和侧向扩流场地桥梁桩基抗震设计中的液化地基土反力折减系数的确定方法,以及土体液化侧向扩流对桩作用力的计算模式。指出我国规范中在液化和侧向扩流场地桩的抗震分析方法、不同土层分界处桩的抗震措施、桩的竖向承载力及桩的屈曲稳定性分析等方面存在的主要问题,据此给出了亟待改进的初步建议。这对我国桥梁工程的抗震安全性具有重要意义,可供我国工程技术人员参考借鉴。     

大规模群桩基础水平承载力效应系数计算研究

桩基础在水平荷载或地震作用下的承载力计算一直是工程界的一个研究难点,近年来随着建筑、桥梁桩基础的规模大幅增加,基于小规模、小比例尺群桩基础水平承载力试验得出来的结论和计算方法可能会不适应新的计算要求,相关的认识和计算方法需要重新论证和更新。本文针对大规模群桩基础水平承载力效应系数的计算问题,首先对国内外研究进展进行调研,发现现有的规范计算方法可能会高估群桩基础的水平承载力。针对这些问题,对大规模群桩基础的水平承载力效应系数进行有限元数值计算分析,探讨水平承载力效应系数的规律,给出相应的计算方法,并与规范计算方法结果进行对比。本文的研究结果可为相应的工程设计问题提供依据,结果的适用性需要今后进一步的检验。     

多桩型复合地基作用机理与动力特性研究

对由碎石桩和CFG桩构成的多桩型复合地基的作用机理进行分析,通过数值模拟,对多桩型复合地基的动力特性进行研究,探讨桩型配比、桩径、桩长、CFG桩桩体刚度和碎石桩桩体渗透性等设计参数对多桩型复合地基动力特性的影响。研究结果表明:相同条件下地震期多桩型复合地基的动变形小于碎石桩复合地基而大于CFG桩复合地基,震后沉降量相对较小,在工程设计时碎石桩与CFG桩的桩型配比宜为4∶5;随桩体长度、桩体直径和CFG桩刚度的增加,多桩型复合地基地震期的竖向动变形逐渐减小;随碎石桩桩体渗透性的增加,多桩型复合地基中的超动孔隙水压力减小,震后沉降量降低。     

A new method for testing pile by single-impact energy and P-S curve

By studying the pile-formula and stress-wave methods (e.g., CASE method), the authors propose a new method for testing piles using the single-impact energy and P-S curves. The vibration and wave figures are recorded, and the dynamic and static displacements are measured by different transducers near the top of piles when the pile is impacted by a heavy hammer or micro-rocket. By observing the transformation coefficient of driving energy (total energy), the consumed energy of wave motion and vibration and so on, the vertical bearing capacity for single pile is measured and calculated. Then, using the vibration wave diagram, the dynamic relation curves between the force (P) and the displacement (S) is calculated and the yield points are determined. Using the static-loading test, the dynamic results are checked and the relative constants of dynamic-static P-S curves are determined. Then the subsidence quantity corresponding to the bearing capacity is determined. Moreover, the shaped quality of the pile body can be judged from the formation of P-S curves. Foundation item: Key Projects of Tenth Five-year Plan of Yunnan Province (54-02-02).     

A new method for testing pile by single-impact energy and <Emphasis Type="Italic">P-S</Emphasis> curve

By studying the pile-formula and stress-wave methods (e.g., CASE method), the authors propose a new method for testing piles using the single-impact energy and P-S curves. The vibration and wave figures are recorded, and the dynamic and static displacements are measured by different transducers near the top of piles when the pile is impacted by a heavy hammer or micro-rocket. By observing the transformation coefficient of driving energy (total energy), the consumed energy of wave motion and vibration and so on, the vertical bearing capacity for single pile is measured and calculated. Then, using the vibration wave diagram, the dynamic relation curves between the force (P) and the displacement (S) is calculated and the yield points are determined. Using the static-loading test, the dynamic results are checked and the relative constants of dynamic-static P-S curves are determined. Then the subsidence quantity corresponding to the bearing capacity is determined. Moreover, the shaped quality of the pile body can be judged from the formation of P-S curves.     

低应变测桩承载力的理论与应用

本文简述了确定单桩承载力的各种方法及其适用性，着重论述了低应变测桩承载力的理论及影响因素以及用低应变测桩承载力的适用条件。     

砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算

由冲刷引起的深水结构物桩基础周围土体损失致使基础水平承载性能下降的问题越发受到重视。应变楔方法假设桩前土体抵抗为三维楔形体,其尺寸发展与楔形体区域土体发挥的内摩擦角有关,从而得到水平受荷桩的p-y曲线。本文对应变楔方法进行修正和拓展,建立非线性位移假设以考虑桩前楔形体区域土体应变沿深度的非均匀分布,将冲刷坑底以上土体的有效自重作用等效为竖向荷载,对楔形体的深度进行修正,以解决楔形体方法只适用于地表水平的情况,得到砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算方法;并通过与模型试验及三维有限元分析的对比来验证该方法的合理性。分析结果表明:冲刷深度增加会显著降低桩基水平承载性能,冲刷深度3.2D和6.4D情况下的桩顶位移比平均值分别趋近于1.8和3.0;相比有限元方法,本文修正SW方法计算的p-y曲线结果与实测结果更为接近。     

桩基础抗震性能的简易评价方法

桩基础的抗震性能可从承载力和变形两方面来评价.承载力可考虑地震时作用于结构上的荷载组合,多采用拟静力法进行分析,不同因素变异的影响可用概率分析或可靠度方法予以考虑.变形分析多为按承载力设计之后的校核,其中地震力和土体参数以及地质条件等因素影响可分别加以评估.本文着重阐明基于一维波动方程和概率分析的桩基抗震性能实用分析方法,并以桥梁桩基础为例进行讨论,其中考虑的关键因素为设计地震加速度、测站记录、基桩尺寸及其配筋率.研究表明,当土层液化可忽略时最大弯矩会发生在桩顶,故增加桩顶延性可有效提升桩基础的抗震性能.     

A Study of Piles during Earthquakes: Issues of Design and Analysis

The seismic response of pile foundations is a very complex process involving inertial interaction between structure and pile foundation, kinematic interaction between piles and soils, seismically induced pore-water pressures (PWP) and the non-linear response of soils to strong earthquake motions. In contrast, very simple pseudo-static methods are used in engineering practice to determine response parameters for design. These methods neglect several of the factors cited above that can strongly affect pile response. Also soil–pile interaction is modelled using either linear or non-linear springs in a Winkler computational model for pile response. The reliability of this constitutive model has been questioned. In the case of pile groups, the Winkler model for analysis of a single pile is adjusted in various ways by empirical factors to yield a computational model for group response. Can the results of such a simplified analysis be adequate for design in all situations?The lecture will present a critical evaluation of general engineering practice for estimating the response of pile foundations in liquefiable and non-liquefiable soils during earthquakes. The evaluation is part of a major research study on the seismic design of pile foundations sponsored by a Japanese construction company with interests in performance based design and the seismic response of piles in reclaimed land. The evaluation of practice is based on results from field tests, centrifuge tests on model piles and comprehensive non-linear dynamic analyses of pile foundations consisting of both single piles and pile groups. Studies of particular aspects of pile–soil interaction were made. Piles in layered liquefiable soils were analysed in detail as case histories show that these conditions increase the seismic demand on pile foundations. These studies demonstrate the importance of kinematic interaction, usually neglected in simple pseudo-static methods. Recent developments in designing piles to resist lateral spreading of the ground after liquefaction are presented. A comprehensive study of the evaluation of pile cap stiffness coefficients was undertaken and a reliable method of selecting the single value stiffnesses demanded by mainstream commercial structural software was developed. Some other important findings from the study are: the relative effects of inertial and kinematic interactions between foundation and soil on acceleration and displacement spectra of the super-structure; a method for estimating whether inertial interaction is likely to be important or not in a given situation and so when a structure may be treated as a fixed based structure for estimating inertial loads; the occurrence of large kinematic moments when a liquefied layer or naturally occurring soft layer is sandwiched between two hard layers; and the role of rotational stiffness in controlling pile head displacements, especially in liquefiable soils. The lecture concludes with some recommendations for practice that recognize that design, especially preliminary design, will always be based on simplified procedures.