桩自平衡测试技术

简述了桩自平衡测试法的原理、荷载转化方法,探讨了上段桩、下段桩、单桩极限承载力确定存在的问题。对青岛市某工程的桩自平衡测试结果表明,桩自平衡测试技术具有具有试验装置简单、投资较低、缩短测试时间、测试结果可靠等优点,广泛应用于钻孔灌注桩,人工挖孔桩、沉管灌注桩,是一种很有发展前景的桩基测试技术。     

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。     

桩土相互作用地基桩定量分析的影响

基桩完整性定量分析与桩土相互作用特性有关，桩土相互作用可用线性阻尼壶来模拟，文中讨论了桩土相互作用模型参数对计算结果的影响，在桩土相互作用下，应力波在桩身中传播呈指数形式衰减，确定衰减系数之后，用反射波峰值与入射波峰值比较便可近似确定桩身异常处截面完整系数。     

考虑桩端刺入沉降的桩土自平衡式复合地基设计

复合地基的本质是增强体与地基土通过变形协调共同承担上覆荷载。褥垫层的设置起到了协调桩土变形的作用,但褥垫层工作性状及变形特性尚不明确,其厚度设计仍然参考规范依靠经验判断,往往不能充分发挥地基土的承载作用。目前复合地基设计通常采用褥垫层调节桩土变形,而忽略了桩端刺入沉降协调桩土变形来发挥地基土的承载作用,为了利用桩端刺入沉降协调桩土变形,充分发挥桩间土承载的作用,减薄褥垫层或不设褥垫层并减小设计桩长,以期降低地基处理费用,实现桩土共同承担荷载的目的,建立了通过控制桩端刺入沉降协调桩土变形的自平衡式复合地基设计方法。通过与褥垫层方法对比以及工程实例计算,结果表明,该方法可更好地发挥桩土承载作用,为复合地基优化设计提供参考。     

水平荷载下套管桩基的非线性响应分析

提出了用新型套管桩基来提高海洋平台桩基水平承载力和减小平台响应幅值。采用p-y曲线法来模拟桩土间的相互作用,对套管桩基进行非线性响应分析,研究了套管的埋深和宽度对桩身变形和土抗力的影响,并与普通桩基进行了对比分析。研究表明,套管桩基能充分发挥桩土间的相互作用,提高桩基的水平承载力,减小桩基的水平响应。     

灌注桩桩土相互作用试验及有限元模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础, 结合西安土层结构、性质; 采用有限单元法对黄土地区的砼灌注桩桩土相互作用进行仿真模拟, 研究了桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系。通过桩载试验资料对比, 得出三维有限单元法的模拟结果与实测值相近, 该研究进一步揭示了桩土相互作用的实质, 为最优桩长的选取和单桩承载力的确定奠定了基础。     

横向扩展液化土中单桩-土系统的非线性分析

将地震液化场地分为地表的上覆未液化土层、底部的未液化基层以及夹在两者之间的液化土层,基于桩-土相互作用的非线性Winkler模型,考虑桩弯曲的非线性弯矩-曲率本构关系和桩的几何非线性变形,建立了液化土层横向扩展下桩非线性大挠度变形的基本控制方程,并利用打靶法进行了数值求解。同时,给出了桩线弹性小变形情形下的解析解。通过与非线性有限元解和线弹性小变形解析解的比较,验证了文中打靶法的有效性和可靠性。用数值方法分析了液化土层横向扩展对桩力学性能的影响,结果表明：非线性桩-土相互作用和桩材料非线性效应强于桩的几何非线性效应,随着液化土层横向扩展位移的增加,几何非线性效应逐渐增大,此时,应采用完全非线性模型进行桩力学行为的分析。     

引入接触单元模拟桩土共同作用

在桩与桩侧土界面引入接触单元模型，并采用参变量变分原理及基于此原理的参变量二次规划法，对接触单元刚度矩阵进行了推导。模型计算结果与实测比较表明，接触单元能较好地模拟桩与土之间的剪力传递和相对位移。     

群桩-土-承台非线性共同作用固结过程分析

基于固结有限层的考虑提出了土体固结的桩-土-承台非线性共同作用分析方法。在此基础上,介绍了相应的计算程序CPRI的实现过程,给出了主程序计算框图和桩土承台支撑体系计算子程序框图。通过程序CPRI检验和算例分析,验证了程序的正确性。程序CPRI可以给出不同时刻桩-土-承台支撑体系的竖向位移、孔压、桩顶反力和土体反力变化的情况,从而模拟了非线性共同作用下固结的全过程。     

自平衡试桩法桩土荷载传递机理原位测试

采用自平衡试桩法进行了3根试桩静载荷试验，同时采用振弦式钢筋应力计测得3根试桩轴向应力，分析了自平衡试桩时桩土的荷载传递性状。最后采用精确转换法和简化转换法对自平衡测试结果进行了转换，并比较了转换结果。     

基于自平衡试桩法大直径嵌岩桩尺寸效应分析

基于自平衡测试技术,通过现场的原位测试方法,对大直径嵌岩桩的尺寸效应进行了研究,内容包括桩径尺寸和嵌岩深度变化以及桩端阻力尺寸效应的影响分析等。从测试结果来看,嵌岩桩也存在一定程度的尺寸效应现象。当其他条件一定时,随着桩径的增大,桩侧阻力存在着减小现象;在同一种岩层的情况下,随着嵌岩深度的增大,桩侧阻力发挥也并不相同,嵌岩深度越大,桩侧阻力发挥也越小。实测结果表明,桩周岩石的特性变化对桩侧阻力影响最大,岩石抗压强度越高,桩侧阻力也越大。此外,桩径的变化对桩端阻力的影响更为明显。因此,在大直径嵌岩桩的设计中应注意尺寸效应对桩基承载力的影响。     

水平受荷桩的弹性有限元虚拟加载上限分析

基于将塑性上限分析等效为弹性迭代计算的总量虚拟加载上限分析理论,在商业化有限元软件ABAQUS中实现了弹性有限元虚拟加载上限方法（弹性有限元T-EMSD）。应用弹性有限元T-EMSD法分析了不排水黏土中的二维水平受荷桩,其获得的荷载-位移曲线与弹塑性有限元分析结果一致,其极限承载力与塑性解相近。在极限位移加载量下弹性有限元T-EMSD法对应的上限机构从弹性始速度场开始随迭代逐渐演化,迭代收敛后的速度场和解析塑性破坏机构相似。与其他基于可变强度概念（MSD）的方法相比,弹性有限元T-EMSD法对水平受荷桩桩身的分析具有更高的精度。弹性有限元T-EMSD法最大的优势在于可在计算中自然地获得塑性机构,因而可被用于研究一些塑性机构难以构造的复杂问题,并对弹塑性数值方法进行验证。     

多支盘水泥土桩的非线性有限元分析

本文用Ansys分析了多支盘水泥土桩复合地基中的桩体应力、桩间土应力和位移,总结了多支盘水泥土桩的承载特性:设置多支盘,承载力增加约40%,桩侧受力约占90%,第一个支盘受力最大,承载力随盘数、盘径、盘距、桩体弹性模量等产生变化。并分析了多支盘桩的弹性模量、盘数、盘径对复合地基变形的影响。     

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。     

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。     

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-土体系渐进破坏的单桩承载特性研究

针对目前桩基承载特性确定时未考虑桩-土体系渐进变形过程的现状,采用现场试验和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性展开研究。首先,利用现场试验数据对侧阻和端阻的软化特性展开深入探讨,提出了侧阻和端阻软化模型,明确了模型中各参数取值方法,并验证了其合理性。同时,根据提出的侧阻和端阻软化模型,建立了一种可考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性的迭代算法。算例分析表明,计算获得的破坏性单桩承载特性与实测值有较好的一致性,且可反映侧阻和端阻的破坏特性。实际工程中,结合单桩承载特性分析算法,可根据单桩的实际受力特点灵活选用不同形式的侧阻和端阻荷载传递函数来分析不同桩顶荷载水平下的单桩受力特性。     

Dynamics of pile driving by the finite element method

It is proposed that the dynamics of pile driving based on the one-dimensional theory of wave propagation be analyzed by the finite element method. This approach enables one to continuously interpolate the displacement, velocity and acceleration profiles throughout the pile length. In contrast to the finite difference technique presented by E. A. L. Smith [1] and the finite element procedure presented by I. M. Smith [2] in which initial conditions are defined on the basis of a prescribed hammer velocity, the method presented herein defines initial conditions on the basis of a prescribed impact force versus time curve at the pile/hammer point of contact. Applications of the proposed technique to typical pile driving problems on an elastoplastic soil and using an implicit time-integration scheme are discussed using a numerical example.     

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。