黄土地基微型桩水平承载力及群桩效应研究

为了明确黄土地基微型桩水平承载力对上部结构安全性能的影响,本研究基于黄土地基微型桩现场静载试验,研究了桩长、桩径、桩身弹性模量及桩间距对微型桩水平承载力的影响;分析了沿基础深度的桩身水平位移和弯矩变化规律。并结合有限元分析了桩间距对群桩水平承载力的影响。研究结果表明：黄土地基微型桩基础弯矩较大的位置距桩顶4d～5d;桩径对微型桩水平承载力的影响较大,而桩长超过33d～35d后对其水平承载力的影响较小;当桩间距达到8d时,可以不考虑群桩效应对群桩水平承载力的影响。上述研究成果为微型桩在黄土地基中的应用提供了参考。     

桩顶柔性约束下管桩水平瞬态振动特性研究

基于Pasternak地基模型,在忽略桩芯土作用的基础上,对桩顶柔性约束条件下层状地基中管桩水平瞬态动力响应进行了理论研究。采用两阶段等效线性模型描述了桩顶弯矩和转角的关系;通过传递矩阵法建立了任意桩段与桩顶状态变量关系;并结合Laplace变换及数值逆变换,求得了层状地基中管桩水平瞬态动力响应的时域解答。结果表明:随着桩顶约束(转动刚度K)的增大,管桩水平抗力增强,桩顶位移减小而弯矩增大,桩身反弯点处弯矩和剪力均减小;桩顶最大位移比χ和约束度λ在高、低K区域均有一数值不变段;中间柔性约束区段,则随着K的增大,χ逐渐减小,而λ逐渐增大,且增幅大于χ的减小幅度。     

海底防沉板-桩复合基础竖向受力变形特性研究

为了研究海底防沉板-桩复合基础在竖向荷载作用下的受力变形特性,以我国南海某200m水深项目为研究对象,将防沉板-桩复合基础简化为防沉板加角桩的形式,利用FLAC3D数值模拟软件建立了防沉板-桩复合基础数值计算模型。研究了海底防沉板-桩复合基础在竖向荷载作用下海床土体、防沉板、桩身的受力变形特性,并对不同竖向荷载作用下海床土体沉降、防沉板弯矩、桩身位移、桩身弯矩进行了对比分析。研究表明:防沉板的正负弯矩最大值分别出现在防沉板中部和防沉板与桩顶端的连接处,荷载越大,对防沉板的影响越大,桩在防沉板-桩复合基础中的作用越大;荷载越大,桩身产生的水平位移越大,其倾斜程度也越大;竖向荷载较小时,桩身同时出现正负弯矩,竖向荷载较大时,桩身只有正弯矩或只有负弯矩;复合基础的破坏容易发生在防沉板与桩身顶端的连接处。研究内容和计算结果可为防沉板-桩复合基础的设计提供合理可靠的理论依据。     

考虑桩头约束的纵横向受荷微倾单桩响应分析

考虑桩身初始微倾斜,假定地基水平抗力系数沿深度线性增加,推导出纵横向荷载下桩周土屈服时桩身挠曲线微分方程,继而求得桩身响应的幂级数解。采用桩头约束度表征桩头转动约束,结合已有的自由段和弹性段桩身响应的幂级数解及桩底的边界条件,并基于各分界点处桩身响应的连续性,提出了桩身变形和内力的计算方法。与模型实验结果及已有解计算结果的对比验证了该法的可靠性。计算结果表明:随着桩头约束度的增加,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩近似线性减小;桩头约束度存在一临界值,在该值处桩身最大弯矩达到最小值;随着桩身初始倾角的增加,桩顶位移和桩身最大弯矩近似线性增大,其变化速率随纵向荷载的增加而增大。     

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。     

倾斜上拔荷载下挤扩支盘桩响应分析

为研究挤扩支盘桩在倾斜上拔荷载下的响应,利用 ABAQUS 对该受荷模式下挤扩支盘单桩进行了数值模拟,得到了5种上拔和水平荷载组合下两盘和三盘挤扩支盘桩盘数在不同盘间距下的荷载-位移曲线及桩身内力和位移的分布规律.数值结果表明:单桩在上拔和水平荷载作用下存在荷载耦合,上拔荷载明显减小了单桩水平刚度,水平荷载减小了单桩竖向刚度,但影响有限;基于数值结果提出复合承载力计算的椭圆公式,本文的对比结果表明:该公式的预测误差小于10%,且预测结果偏于安全;水平荷载的存在导致靠近土体表面首盘的抗拔能力不能充分发挥;建议在水平与上拔荷载比较大的支盘桩中,首盘到土面距离不宜小于8d.     

钢管约束活性粉末混凝土短柱承载力计算研究

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度但脆性较大,钢管约束可显著提高RPC的延性。采用全截面加载、仅对核心混凝土加载两种方式,对20根外径133mm的圆钢管约束RPC短柱开展轴心受压性能试验。分析了试件的破坏过程和特征、荷载-位移曲线和轴压承载力;探讨了加载方式、钢管径厚比和RPC强度对轴压性能的影响规律。结果表明:套箍系数大于0.9时,试件发生鼓曲破坏,其余则为剪切破坏;钢管厚度为4.5mm、6mm时,荷载-位移曲线会出现明显的下降段,钢管厚度为8mm、10mm时,曲线则平稳或者继续上升;试件整体轴压承载力大于钢、混凝土两种材料承载力的简单叠加,两种加载方式下的提高幅度分别为12%、24%。在试验基础上分析了钢管约束RPC短柱的工作机制和受力模型,结合双剪统一强度理论建立了短柱在两种加载方式下的轴压承载力计算方法,公式计算与试验结果的误差小于10%,适用性较好。     

填土荷载下复合地基加固区压缩量的简化算法

在假设的位移模式下考虑桩土相互作用，通过力学推导，得到了填土荷载下复合地基桩侧摩阻力、加固区桩间土压缩量和桩土应力比的解析解．考虑到桩侧摩阻力的发挥水平，给出了假设位移模式下的简化算法．     

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。     

深基坑桩锚与土钉墙联合支护的数值模拟

目前工程界桩锚与土钉墙联合支护设计采用的是土钉墙与桩锚分开单独设计的思路。根据单独设计思路和桩锚与土钉墙联合支护基坑工程实际情况分别建立单独土钉墙数值模拟、单独桩锚数值模拟与联合支护数值模拟模型。通过不同设计方法的数值模拟与对比分析,得到以下结论:联合支护数值模拟同时考虑了上部土钉墙与下部桩锚支护结构,模拟过程与实际施工过程相符,结果较为合理;与联合支护模拟结果相比,单独土钉墙模拟得到的土钉内力,坡顶水平位移、坡顶沉降均较小,以此为设计依据使土钉墙偏于不安全;单独桩锚模拟与联合支护模拟相比则高估了锚杆拉力、桩顶沉降、桩身最大弯矩,使设计有些保守。     

环形钢管混凝土直杆抗弯性能研究

针对离心法生产的环形钢管混凝土桩,外径Ф400、内径Ф220,钢管厚度6mm,钢管材料Q235B,混凝土强度等级C80,运用试验和理论分析方法研究其弯曲性能.试验表明,钢管与混凝土端部界面无滑移,协同工作性能良好,弹性极限弯矩290kNm,相应的挠跨比1/450;塑性极限弯矩394kNm,相应的挠跨比1/100;在挠度达到跨度的1/30时,弯矩-挠度曲线仍然处于上升阶段,最大试验弯矩430kNm,相应的延性系数15.运用材料力学原理,忽略两种材料界面间的粘结滑移,认定受拉区混凝土开裂退出工作,推导建立其塑性抗弯承载力计算方法,计算值与试验值基本吻合.研究表明,环形钢管混凝土桩具有很高的抗弯承载力和优越的弯曲延性,具有良好的抗震性能.     

预应力锚索抗滑桩中预拉力合理值的探讨

结合目前抗滑工程设计现状及预应力锚索抗滑桩桩土相互作用的特征, 引入接触单元并 改进有限元FCEP2D 软件进行计算, 得到抗滑桩锚固段的受力、弯矩和位移规律; 进而分析了不同预应力、不同滑坡推力工况下的抗滑效果, 提出了预应力锚索抗滑 桩的最佳预应力, 对工程设计具有一定的指导意义.     

注浆微型钢管桩抗弯性能研究

为探讨注浆微型钢管桩的抗弯性能，对不同钢管管径、壁厚以及砂浆强度的12根试件，采用正交试验方案进行纯弯曲试验，基于试验结果提出极限抗弯承载力表达式，并采用有限元软件ANSYS建立模型进行验证。结果表明：注浆微型钢管桩的弯曲全过程可分为3个阶段，即，弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段；对注浆微型钢管极限荷载敏感性大小为，钢管管径>钢管壁厚>砂浆强度等级；不同规程计算的极限抗弯承载力与试验差异较大，本研究所提出的注浆微型钢管桩极限抗弯承载力表达式与试验结果吻合较好，钢管的抗弯承载力约占注浆微型钢管桩总抗弯承载力的78%,管内砂浆约占22%;有限元模拟结果显示，管内砂浆对微型钢管桩的抗弯性能有较大的提升，验证了所提出的注浆微型钢管桩抗弯承载力表达式的正确性。     

层状饱和土中管桩瞬态扭转振动研究

对瞬态扭转激振荷载作用下层状饱和土中端承管桩的动力响应问题进行了研究。首先借助Laplace变换和分离变量法解耦Biot波动方程,土层层间动力相互作用简化为分布式线弹簧,并结合桩-土交界面上的应力和位移连续边界条件,导出了各节段管桩在Laplace变换域内扭转动力响应的解析表达式;然后,根据阻抗函数传递原理,并对得到的解进行Laplace数值逆变换,最终获得了瞬态扭转荷载作用下层状饱和土中管桩动力响应的时域解答。研究表明：桩顶作用三角形或半正弦荷载情况下,最大桩顶扭转角产生时刻落后于最大荷载对应时刻;且当桩周土渗透系数处于相对较高和较低范围内,桩顶转角几乎保持不变,在中间范围内则随渗透系数增大而增大;硬夹层的存在将使桩身上部扭矩增大,下部扭矩减小,软夹层下规律相反。     

考虑土体三维波动效应时弹性支承桩的振动理论及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对弹性支承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土层的振动模态形式,然后利用桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到了桩顶的频域响应解析解、复刚度和速度导纳,利用卷积定理和傅立叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。利用所得解对桩的振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

实验研究刚性桩复合地基承载特性

为了提高刚性桩复合地基的承载力,提出了在桩顶粘贴一块10mm厚的聚苯乙烯泡沫板,在泡沫板上铺设150mm厚砂垫层的一种新型构造形式.通过对山东省东营市伟浩中央花园预应力混凝土管桩复合地基的一系列现场载荷试验,对竖向荷载作用下预应力管桩单桩复合地基承载特性进行了研究.结果表明,桩顶粘贴聚苯乙烯泡沫板,并在泡沫板上铺设砂垫...     

考虑水平摩阻力与竖桩支撑的弹性地基梁

考虑水平摩阻力,建立了任意对称荷载和具有竖桩支撑的有限长弹性地基梁的平衡微分方程.进行了合理的位移形函数假设,利用Galerkin方法建立了非线性代数方程组并采用迭代法进行求解,得到了具有竖桩支撑弹性地基梁的位移和内力解.通过实例计算可知,水平摩阻力对弹性地基梁的挠度和剪力影响很小,而对弯矩和轴力影响很大;竖桩支撑可以很大程度地改变弹性地基梁的变形和受力状态,合理地布置竖桩可以大大地减小弹性地基梁的挠度和弯矩.     

在埋置框架中应力波传播的影响因素分析

基于埋置框架的回传射线矩阵法,分析桩土刚度比、荷载作用方向等对埋置框架轴力波、剪力波和弯矩波的影响,并与框架结构进行比较。结果表明:荷载作用方向对埋置框架的轴力波和弯矩波影响较大;由于土体的影响,埋置框架与普通框架的瞬态波有很大不同。     

不均匀土中有限长桩的横向瞬态波动

将Timoshenko梁模型引入到弹性地基粱中,土体对桩的作用用连续分布的弹簧来模拟,基于回传射线矩阵法,研究了桩顶受到横向冲击荷载作用下有限长桩的横向瞬态波动．经参数分析表明：土体刚度比对上软下硬、上硬下软两层地基中的有限长桩剪力波和弯矩波影响很大;从挠曲波曲线中难以辨别有无软硬夹层．     

钢管混凝土柱-钢梁节点的力学性能分析

基于弹塑性有限元理论建立了钢管混凝土柱-钢梁节点荷载-位移全过程非线性有限元模型,在单元分析中采用改进的AUL表述推导得到梁柱单元刚度矩阵方程,同时考虑了材料的物理非线性和单元的几何非线性,并编制了非线性有限元程序NLFEACFST。采用该模型对相关研究者和作者进行的节点试验进行了分析,理论计算结果与试验结果比较表明,该模型具有很好的适用性和精度。在理论分析模型得到试验结果验证的基础上,对典型的中柱节点进行了荷载-位移全过程非线性特性分析,并对影响节点承载力和荷载-位移骨架曲线的因素进行了参数分析,为进一步从理论研究钢管混凝土框架结构的力学性能创造了条件。