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。     

基于有限杆单元法的陡坡基桩非线性分析

根据陡坡段桥梁基桩承载特性,提出了一种可考虑桩土非线性作用的基桩内力与位移分析有限杆单元方法。首先,基于单元划分结果,结合桩侧摩阻力和坡体侧向推力的分布规律,得到了相应的等效结点荷载向量表示方法;其次,在线弹性地基反力法的基础上,引入p-y曲线开展了桩周土抗力非线性分析,并结合桩身P-?效应（P为桩顶轴向荷载,?为桩顶水平位移）计算方法给出了单元刚度矩阵修正方法,进而提出了适用于基桩内力位移非线性分析的有限杆单元法并编制了MATLAB计算程序;最后,结合某工程实例,将计算结果与工程实测值及已有理论值进行对比。结果表明：考虑桩土非线性作用的计算方法是合理的;当桩身具有自由段时,P-?效应对基桩内力位移的影响较大,在实际工程设计中不可忽视。     

复杂地基反力模式下高承台嵌岩灌注桩的屈曲稳定分析

为探讨桩侧地基土反力对高承台嵌岩灌注桩桩身屈曲稳定的影响,假定地基反力系数呈更为复杂的幂分布,基于弹性地基梁理论建立桩土体系总势能方程,采用最小势能原理,导出了桩身屈曲临界荷载与稳定计算长度的解析解,并据此获得了地基反力系数分布模式、桩身自重及桩侧摩阻力等对桩身屈曲稳定的影响规律。工程应用分析结果表明,考虑地基反力系数为一般幂分布时,桩身屈曲分析结果更趋合理。     

预应力混凝土抗滑桩实验与数值计算

1前言对于预应力抗滑桩设计计算,目前尚无认同的方法。工程中抗滑桩设计计算方法一般是将抗滑桩分成2部分:滑面以上用悬臂梁进行计算;滑面以下的桩身变位和内力根据滑面处的弯矩和剪力,按地基的弹性抗力进行计算。而按弹性地基梁计算滑动面以下的桩身内力和变位时,根据地基系数的分布情况选用相应的计算方法。显然,这种计算方法很繁琐。有限单元法对复杂结构,尤其对复杂的边界条件、地层条件及荷载条件的计算处理都比较方便。且有限单元法能考虑抗滑桩与土体的相互作用。由于平面有限元和三维有限元的计算结果受土体参数的影响很大,目前尚未…     

钻井船插桩对邻近桩影响的耦合欧拉-拉格朗日有限元方法研究

依据模拟钻井船在黏土层中插桩对邻近桩影响的离心模型试验结果,研究了通过耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元计算并结合非线性地基梁有限元计算,分析钻井船插桩对邻近桩影响问题的可行性。CEL有限元方法将产生大变形的土体设为欧拉体,采用欧拉有限元方法计算该区域的变形响应,计算过程中,欧拉体的空间网格形状、大小位置保持不变,物质可在网格之间运动;其他土体设为拉格朗日体,采用拉格朗日有限元方法计算变形响应,计算过程中,物质的运动和网格的变形保持一致。运用罚函数方法实现欧拉体与拉格朗日体的耦合。通过CEL有限元计算,可以确定钻井船插桩导致的邻近桩桩身水平位移。进一步通过非线性地基梁有限元模型计算确定桩身弯矩。计算结果表明,利用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法计算出的桩身位移和弯矩沿桩长的变化与离心模型试验结果基本一致。说明采用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法分析黏土层中插桩对邻近桩的影响问题是可行的。CEL有限元模型中欧拉土体范围的设置对计算结果有明显影响。研究表明,若插桩深度小于0.75倍桩靴直径,可将欧拉土体范围设置成1.00～1.25倍桩靴直径;若插桩深度大于0.75倍桩靴直径,将欧拉土体范围取为插桩深度以下0.5倍桩靴直径是恰当的。     

碎石桩复合地基承载力性状分析

按等置换率原则建立碎石桩复合地基有限元计算模型，在考虑基础刚度、荷载强度变化条件下对比分析了天然地基与复合地基附加应力分布特征、塑性区扩展规律；根据有限元计算结果分析了桩身荷载传递规律并与实测结果对比确定桩身应力随桩身呈指数衰减。计算结果还表明：桩土应力比不仅与桩土模量比有关，也与荷载水平及置换率有关；在鼓胀破坏情形下桩体侧向变形性质取决于桩周土而与置换率、模量比、桩长无关。     

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。     

考虑斜坡效应的基桩屈曲临界荷载分析

以某实际工程桩为原型,根据相似理论设计并完成了斜坡基桩竖向承载室内模型试验,分析了不同坡度及桩长条件下斜坡基桩屈曲临界荷载,获得了基桩屈曲临界荷载理论计算公式及拟合公式。研究表明:竖向荷载作用下,基桩荷载-位移曲线均无明显拐点,且桩顶沉降、水平位移均随坡度或桩长的增加而增大,斜坡基桩的屈曲失稳破坏模型非常显著。斜坡基桩的屈曲临界荷载值由桩顶沉降和水平变形共同控制,斜坡坡度越大或基桩自由段越长,其屈曲临界荷载及竖向承载折减系数越小,斜坡效应越明显。对比分析表明,由理论公式和拟合公式计算得到的结果与模型试验结果均吻合较好,最大误差尚不足10%,验证了模型试验、计算理论及拟合公式的合理性,其成果可以为实际工程设计提供参考。     

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...     

基于改进荷载传递法计算降水引起的基桩沉降

现有研究采用荷载传递法时均未计算桩体自重,若直接应用于国内软土地区超长桩基的沉降计算,其精度难以满足高速铁路线下工程严格的沉降控制要求。基于佐藤?悟双折线模型提出侧阻荷载传递函数的假定模式,引入桩体自重并对荷载传递法的基本微分方程进行修正和求解,结合降水引起的桩周土体沉降计算和基于端阻弹性模型的桩端土体沉降计算,获得地下水位变化诱发的基桩沉降计算方法;采用理论推导的基桩沉降解析解,并借助嵌入荷载传递函数的有限元方法,分别对单纯桩顶荷载作用和桩顶荷载与降水共同作用两种工况下的桩侧摩阻力、桩体轴力和基桩沉降进行算例对比分析;有限元计算因考虑了由桩体沉降产生的桩周土体附加竖向位移而与理论计算略有偏差,但两种方法计算结果的变化规律基本一致,验证了降水引起的基桩沉降理论计算公式的合理性及正确性。     

水平荷载下导管架平台桩基础的非线性有限元分析

导管架平台桩基础的控制荷载主要为风荷载、波浪荷载、地震荷载等水平荷载,为研究水平荷载下导管架平台桩基础的承载特性,采用非线性有限元分析方法对水平荷载下桩-土之间的相互作用进行研究,提出了有效模拟桩基水平承载特性的有限元模型,分析了模型桩的刚度、直径、土质参数中水平土压力系数、剪胀角对桩基承载特性的影响及水平荷载下群桩承载特性,并将有限元计算结果与API规范及模型试验结果进行对比。研究结果表明,非线性有限元分析方法分析水平荷载下桩-土相互作用是可行的,计算结果可为导管架平台的桩基设计提供参考。     

Uncoupled analysis of stabilizing piles in weathered slopes

This paper describes a simplified numerical approach for analyzing the slope/pile system subjected to lateral soil movements. The lateral one-row pile response above and below the critical surface is computed by using load transfer approach. The response of groups was analyzed by developing interaction factors obtained from a three-dimensional nonlinear finite element study. An uncoupled analysis was performed for stabilizing piles in slope in which the pile response and slope stability are considered separately. The non-linear characteristics of the soil–pile interaction in the stabilizing piles are modeled by hyperbolic load transfer curves. The Bishop's simplified method of slope stability analysis is extended to incorporate the soil-pile interaction and evaluate the safety factor of the reinforced slope. Numerical study is performed to illustrate the major influencing parameters on the pile-slope stability problem. Through comparative studies, it has been found that the factor of safety in slope is much more conservative for an uncoupled analysis than for a coupled analysis based on three-dimensional finite element analysis.     

Selection of p–y curves for the design of single laterally loaded piles

Two-dimensional finite element analysis has been used to find load–transfer relationships for translation of an infinitely long pile through undrained soil for a variety of soil-constitutive models. It has been shown that these load–transfer curves can be used as p–y curves in the analysis of single piles undergoing lateral pile head loading in undrained soils with non-linear stress–strain laws. Lateral pile response deduced from 2-D analysis input to the subgrade reaction method has been compared to the behaviour of a single pile analysed using three-dimensional finite element analysis. Good agreement between the two methods for non-linear soils suggests that the 2-D analysis may form a useful design method for calculation of p–y curves. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比影响因素分析

桩土应力比是复合地基设计计算中一个重要参数。基于盐―通高速公路单桩复合地基静载试验,通过有限元模拟,研究了褥垫层模量和厚度、桩体模量、桩长、基础刚度等影响因素对现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比的影响。结果表明所建立的模型是合理的。褥垫层模量增大或厚度减小导致桩土应力比增大,桩体模量、桩长和基础刚度的增加可使桩土应力比增加。     

考虑土的非线性的水泥土桩复合地基特性分析

以水泥土桩单桩复合地基静载荷试验为原型,采用上海典型粘土层的非线性本构模型,以三维有限元对水泥土桩复合地基中的桩身应力、桩间土应力、位移特性进行计算分析,取得了一些用实测手段难以得到的结果,并将部分计算结果与实测资料进行对比分析。     

基于高性能有限单元的单桩稳定性分析法

现行的桩基设计方法主要基于线弹性理论及采用半经验假定,难以准确地检验长桩在土体非线性条件下的稳定性。基于非线性有限单元分析理论,提出了高性能桩单元分析法用于非线性分析,可直接检验单桩稳定性且无需假定桩的计算长度系数。在桩单元推导过程中,通过整合在单元内部的连续弹簧以考虑土-结构相互作用（SSI）,能够大幅提升计算效率。使用牛顿-拉夫逊迭代法进行迭代运算,利用推导的相应单元切线刚度矩阵预测位移,并通过割线关系减少每一步迭代中产生的误差,在桩的大变形条件下采用更新拉格朗日法确定平衡条件。算例验证表明,桩单元模型在考虑土体非线性条件下,能高效、可靠地对单桩进行分析和设计。     

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。     

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.     

层状地基中轴向受荷单桩的边界元法分析

以层状地基内部作用一竖向集中力时的广义Mindlin解作为边界单元法的基本解,对层状地基中的轴向受荷单桩进行了分析,对基本解的奇异性处理方法进行了改进。考虑了桩的可压缩性和长径比对桩-土荷载传递规律和沉降特性的影响,编制了计算程序,并进行了数值分析和计算。结果表明,该方法具有较快的计算速度和良好的计算精度。