邬宝林[1]2003年在《倾斜荷载下群桩内力的非线性有限元分析》文中提出随着我国近年来大跨径桥梁及高层建筑的迅速发展，基桩的承载能力及桩长日益增大，倾斜荷载下基桩的受力分析和设计理论已成为目前土木工程界亟待解决的重要问题之一。本文针对我国现行规范将桩顶倾斜荷载分解为竖向和水平荷载分别计算再进行迭加而存在的计算误差较大的不足，对倾斜荷载下基桩及群桩的受力分析进行了深入的探讨。 本文首先对桩基础进行了概述，深入探讨了倾斜荷载下基桩的受力性状及破坏机理，综合分析和归纳总结了目前国内外已有的多种计算方法。在此基础上，针对倾斜荷载下群桩基础分析中的复杂性，提出采用非线性有限元对倾斜荷载下群桩的内力及位移进行分析，应用桩的等效宽度概念将空间问题简化为平面问题考虑，并开发出能考虑桩周土介质连续性、弹塑性、分层性等因素的倾斜荷载下群桩内力及位移分析的计算机程序，并在程序中考虑了桩、土、承台的相互作用，提出了采用接触面单元来考虑荷载作用下桩与土体及承台与土体间的滑移、开裂；并在此基础上，提出了倾斜荷载下群桩基础的“无拉力”分析方法，可有效地反映土体及混凝土材料的低抗拉特性。此外，采用本文程序对不同荷载量级及倾角下群桩基础的内力进行了大量的数值计算。并通过对大量数值计算结果的分析，得出了一系列定性的对工程实践具有指导意义的结论。
危金菊[2]2008年在《横向荷载作用下高桩承台的受力性能分析和研究》文中进行了进一步梳理伴随着苏州河环境综合整治叁期工程的开展,改造和加固两岸的防汛墙是非常有必要的。而高桩承台,作为防汛墙改造和加固工程的主要结构型式,其横向荷载作用下桩基的受力机理分析、计算模型的选择等均关系着结构的安全性和合理性。本文结合实际工程,对比分析了横向荷载作用下高桩承台的平面m法和非线性有限元法,得出两种方法计算出的水平位移值和弯矩的分布规律与实测值基本一致,但非线性有限元法更为精确。并指出平面m法要求泥面以上的荷载为均布荷载,承台绝对刚性等,因此具有很大的局限性;而非线性有限元法在ANSYS软件中实施时,要注意模型的选取、各单元在连接处自由度的衔接、荷载的选取等,如防汛墙这类高桩承台结构要考虑到承台板及后排桩的遮帘作用,泥面以下土压力的作用。除了对计算方法的探讨外,本文还重点分析了横向荷载作用下单桩和高桩承台内力的一般分布规律及其各影响因素。如桩顶自由的非嵌固单桩,当只作用水平荷载时,最大弯矩作用点一般在0～0.4倍桩长之间;前板桩、后方桩的高桩承台结构,如要增大桩径,最好增大后方桩的桩径,因为这将使两桩的弯矩分配更趋于合理化与均匀化等。最后,关于进一步研究的方向进行了简要的讨论。
王凌[3]2005年在《倾斜荷载下群桩受力的非线性无单元分析方法与应用研究》文中指出近年来,随着我国大跨径桥梁及高层建筑的迅速发展,群桩尤其是倾斜荷载作用下群桩的受力分析与设计研究已成为理论与工程界普遍关注的热点与难点之一。本文针对我国现行规范将桩顶倾斜荷载分解为竖向和水平荷载分别计算再进行迭加而存在的诸多不足,对倾斜荷载下群桩的受力分析方法进行了研究,具有重要的理论与工程实际意义。因此,本文结合倾斜荷载下群桩的工程特点,引入非线性无单元数值分析方法,对倾斜荷载下群桩的受力分析方法进行了较深入的分析与研究。 首先,在深入探讨无单元数值分析基本理论的基础上,结合倾斜荷载作用下群桩的工程特点,建立了倾斜荷载作用下群桩受力分析的无单元分析方法。并重点解决了一些相关问题,如权函数与节点影响半径的选取、群桩中复杂桩土界线的处理技术以及材料不连续的无单元算法。同时,引入混合迭代法即增量初应力法建立了倾斜荷载作用下群桩受力的非线性无单元伽辽金分析方法,并开发了相应计算程序。 然后,利用上述倾斜荷载作用下群桩受力的非线性无单元分析程序,重点探讨了其应用方法,通过对单排桩高低承台群桩的非线性无单元分析,考虑桩顶不同倾斜荷载及作用方向,探讨了其内力与变形变化规律与破坏特征,得到了一系列对倾斜荷载作用下群桩工程实践具有重要指导意义的结论。
刘建华[4]2007年在《岩质边坡桥梁基桩受力分析的理论与试验研究》文中研究指明随着我国西部大开发战略的实施,高等级公路建设将大量穿越崇山峻岭区,以往盘山公路的形式已经无法满足人们对交通运输快速、安全、便捷的需要,而出于保护山区植被的考虑,对山岭进行大砍大挖更不可行,故一般采用隧道或高架桥的形式穿越,在该类高架桥工程中桩基础的使用不可避免。此时基桩受力复杂,其承载机理及受力分析计算方法与常规桩基存在许多不同,常规计算方法已难以应用。该类基桩相应的设计计算及安全监控均缺乏相应的规范指导,存在较大的盲目性。本文结合国家自然科学基金“陡坡段桥梁桩基设计理论与数值模拟方法研究”(50578060)和湖南省交通厅科技项目“高陡边坡段桥梁桩基设计与防护技术研究(200513)”课题,以解析法、数值方法、室内及现场试验为手段,对岩质边坡的桥梁桩基的承载机理及受力分析进行了探讨,主要在以下几个方面进行了研究:本文首先通过对国内外已有有关研究文献的综合分析,较深入地探讨和总结了复杂荷载作用下岩质边坡桥梁基桩的承载机理及工作性状,在充分考虑岩质边坡桥梁基桩复杂受力条件的基础上,借鉴平地基桩在复杂荷载作用下桩身内力及变形计算的分析思路,将基桩的受力归纳为桩顶轴向荷载、横向荷载以及桩侧岩体的侧向压力及抗力几个方面,在简化边坡上基桩前后岩(土)体的抗力及推力的分布规律的情况下,建立轴、横向荷载共同作用下岩质边坡桥梁基桩的计算模型,并采用幂级数方法推导求得岩质边坡桥梁基桩内力计算的解析解。为进一步研究岩质边坡桥梁基桩的受力特点,在考虑坡体推力的不规则和多样性的基础上,将基桩划分点以差分形式近似地代替桩身弹性曲线微分方程,将坡体推力以任意形式作用到基桩上,以此作为设计荷载合理考虑坡体与桩体的相互作用,导得了一套适用于岩质边坡桥梁基桩的内力及位移计算方法,编制出相应的计算程序,对基桩的设计进行指导,并结合计算算例研究了岩质边坡坡体推力形状、大小、位置及不同边界条件对基桩受力及位移的影响。为更加深入探讨岩质边坡桥梁基桩的承载特性以及影响因素,采用国际上通用的先进非线性有限元分析软件Marc,在考虑桩-岩接触等非线性因素的基础上,建立了岩质边坡桥梁基桩单桩的叁维弹塑性模型,并针对岩质边坡桥梁基桩在施工过程中不同阶段的特点进行计算,得到其应力分布情况,并通过计算得到了基桩在不同荷载条件下的受力特点。并根据正交试验设计原理,建立岩质边坡桥梁基桩的正交分析的有限元模型,并对影响基桩受力的E(弹性模量)、?(内摩擦角)、c(粘聚力)、d(基桩直径)、边坡角度这五种因素进行敏感度分析。最后,在相似理论基础上,采用方程分析法导出岩质边坡桥梁基桩的相似准则,以该准则为指导设计并完成了岩质边坡桥梁基桩的室内模型试验,分别进行了竖向荷载、侧向荷载、水平荷载作用下的4组16根岩质边坡模型桩受力试验,深入探讨了不同加载方式、不同桩顶自由长度、不同嵌固深度、不同基桩刚度以及不同边坡坡度等情况对基桩受力的影响。并结合论文依托工程,通过现场试验的实测结果与理论计算结果的对比分析,进一步验证了本文理论方法的可靠性。
黄晋, 王国才, 童慧芝[5]2011年在《倾斜荷载下群桩基础工作性状的数值分析》文中研究指明为了解倾斜荷载作用下群桩的工作性状,通过数值方法对倾斜荷载作用下的模型群桩进行了叁维有限元模拟与分析,对不同大小和倾角的倾斜荷载作用下的群桩内力、位移和弯矩等进行了数值模拟与分析,获得了一些对工程设计与计算有参考价值的结论。
余其凤[6]2016年在《复合荷载作用下桩基的非线性数值计算方法研究》文中指出在实际工程中,如高层建筑、港口、桥梁、近海钻井平台、高耸塔型建筑等,桩基础很少单独承受竖向或水平向荷载,通常情况下可能同时承受竖向和水平向荷载的共同作用,即复合荷载作用。复合荷载作用下桩基的受力性状比单独受竖向或水平向荷载作用的情况更复杂,其荷载传递过程和破坏机理也较为复杂,且受很多因素的影响。为了进一步揭示复合荷载作用下桩基的受力变形规律,本文进行了以下几个方面的研究:(1)基于弹性地基梁理论,采用综合刚度原理和双参数法,综合考虑桩身自重、摩阻力、变刚度、变截面等多种因素对桩基内力及位移的影响,通过对复合荷载作用下桩基的各微元段进行受力平衡分析,建立了考虑P-Δ效应的各特征桩段的控制微分方程。在此基础上,分别讨论了桩顶无自由长度、桩顶有自由长度以及桩顶自由的桩柱式桥墩叁种情况下桩基的内力计算过程,推导出基于地基系数法的桩的有限差分解,并采用MATLAB语言编程软件编制了相应的程序,进而依托实例进行验证。结果表明,推导的复合受荷桩计算的综合刚度和双参数法的有限差分解是正确可靠的,可应用于桥梁桩或高承台桩在水平和竖向荷载共同作用下的计算。(2)在大型通用有限元软件ABAQUS的平台上,结合综合刚度原理和双参数法,提出复合荷载作用下考虑P-Δ效应的改进的弹性杆系有限元法,建立弹性地基梁模型。以实际工程为依托,将有限差分法及改进杆系有限元法的计算结果与现场的监测数据对比分析,验证两种方法的正确性。实例验证表明,现有m法的幂级数解析解及相应有限元解计算的复合受荷桩的剪力结果偏小,将导致桩身箍筋配筋量的不足,偏于不安全。同时,对外露段不大的桩或低承台桩,纵横弯曲或P-Δ效应将趋于不明显。(3)依托室内模型试验资料,展开研究水平地面上复合荷载作用下桩基的受力变形性质,重点讨论两者极限状态(刚性短桩、柔性长桩)受复合荷载作用的桩基特性。利用大型非线性通用有限元软件ABAQUS对水平面上刚性混凝土预制短桩和大直径柔性长桩进行叁维有限元分析研究,将桩基模型试验与有限元数值模拟方法结合起来,以此得出两种桩型在复合荷载作用下桩基内力、变形以及桩侧土压力的分布规律。(4)在室内模型试验的基础上,利用大型非线性通用有限元软件ABAQUS,建立坡顶面复合受荷桩的叁维有限元模型,以边坡面承重阻滑单桩和双排桩为研究对象,对比研究了边坡顶面复合荷载作用下两种桩型的桩基内力变形、桩侧土压力分布以及边坡变形和破坏规律,并重点讨论了承重阻滑双排桩前后排距、桩径尺寸大小、连梁刚度、自由段长度以及桩身嵌固深度等参数的影响。
赵明华[7]2001年在《倾斜荷载下基桩的受力研究》文中认为随着大跨径桥梁和高层建筑的高速发展，倾斜或轴、横向荷载同时作用下基桩的受力分析日益重要。国外对该问题的研究，目前尚限于倾斜极限荷载的确定及对张氏法的探讨，试验上多为室内模型试验，国内虽已作了部分工作，但也只是初步的，且尚未见试验报导。本文在对国内外倾斜荷载桩的受力分析和应用研究现状进行综合分析的基础上，通过大量理论和模型试验分析，针对我国工程应用开展研究，获得如下重要成果： 1．通过建立倾斜或轴、横向荷载同时作用下基桩挠曲微分方程，以我国现行各规范指定的m法为基本原则，采用幂级数求解，研究推导出一整套适合于我国工程应用的倾斜荷载受力桩(或轴、横向荷载同时作用)的设计理论和计算方法，在该理论中提出了考虑桩顶轴力和桩身自重的无量纲化参数λ和κ，以及求解桩身最大弯矩值的四个无量纲系数A_5、B_5、C_5、D_5，引入了结构力学P—Δ效应和等效换算原理，成功地解决了桩柱式桥墩在汽车制动力、风力、桥梁自重、车辆自重以及桩身自重、桩侧摩阻力等各类复杂荷载综合作用下的桩身内力及位移分析。并编制出相应的设计计算程序。 2．在倾斜荷载受力桩的内力及位移分析中引入了有限元—有限层理论，用半解析半数值有限层方法建立了桩土共同作用的刚度矩阵，对现有有限元—有限层方法进行了改进，提出了地基加权刚度概念，以弹性理论导得了桩单元在单位水平荷载作用下桩侧土体位移沿径向分布的解析解，从而能简便地在方法中考虑地基土体的非线性特性，使计算结果更符合工程实际。此外，还采用增量分析法，并引入地基加权刚度概念，初步考虑了P—Δ效应，采用Visual Basic 6.0编制出倾斜荷载或轴、横向荷载同时作用下基桩内力及位移分析的有限元—有限层程序，并对典型模型试桩进行了数值计算分析，总结出倾斜荷载作用下基桩桩身内力及位移随地基土刚度、桩顶自由长度、倾斜荷载倾角、以及倾斜荷载量级变化的特性，为工程应用提供了定性的指导。 3．针对工程实践中地基土多为层状构造的特点，本文给出了倾斜荷载作用下，双层地基m法的幂级数半解析解：为便于工程应用，提出了一种较为合理的当量m值换算方法，在大量数值计算分析的基础上，提出了双层地基倾斜荷载桩桩身最大弯矩值的修正方法和相应的半经验计算公式，使双层地基m法的计算既简便又具有较高的理论计算精度。此外，还采用本文改进的有限元—有限层方法对倾斜荷载作用下，双层地基上下两层地基刚度比变化及两层厚比变化对基桩内力及位移的影响进行了探讨，并归纳出相应的变化规律。 4．本文设计和完成了均质地基中倾斜荷载作用、双层地基中倾斜荷载作用，以及均质地基中轴、横向荷载同时作用的叁批、共11根，44组室内模型桩试验，分别测得了各模型桩的桩身挠曲变形及内力情况。并通过对大量试验数据和数值计算结果的分析，提出了可用于指导工程实践的倾斜或轴、横向荷载同时作用下基桩的受力特性。 5．通过对大量室内模型桩试验数据及国外已有模型桩试验结果的综合分析，提出了适应干我国工程实践的基桩倾斜极限荷载计算经验公式。 6．本文结合科研和工程项目，对长沙市某立交桥进行了现场试验，实测结果与计算吻合较好；并将本文理论和方法用于长沙市某高架桥的工程事故处理，取得了良好的经济效益：最后，利用本文方法对某黄河大桥的桩柱式桥墩基础进行了比较分析计算，所得结论对工程设计具有较好的参考价值。 7．大量室内模型试验、现场试验，以及工程应用情况均表明，本文提出的倾斜荷载或轴、横向荷载同时作用下基桩内力及位移分析的幂级数解和改进的有限元一有限层方法方法正确，计算结果可靠，均可用子工程实践。
李微哲[8]2005年在《倾斜偏心荷载下基桩受力分析与室内模型试验研究》文中进行了进一步梳理桥梁工程中基桩往往承受竖向荷载、水平荷载、偏心弯矩等复杂荷载作用,其受力特性较单一荷载情况下要复杂得多。本文结合国家自然科学基金“陡坡段桥梁桩基设计理论与数值模拟方法研究”课题,对倾斜偏心等荷载下基桩的受力特性及其分析方法进行较系统深入的研究,具有重要的理论与工程实际意义。本文首先在综合分析和评价国内外倾斜受荷桩研究工作的基础上,系统论述了倾斜荷载下基桩的受力特性、荷载传递机理及其影响因素,从而假定地基系数分布函数为C(z)=mz+C,导得了成层地基中倾斜偏心荷载下、考虑P-?效应及桩身自重与桩侧摩阻力等复杂情况下基桩内力及位移分析的幂级数解,并开发出相应的Inclinsys计算程序。继而假定桩身位移为叁次幂函数,结合幂级数解答中倾斜偏心荷载下基桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,提出了计入P-?效应的杆单元刚度方程及改进的有限杆单元方法,并开发出能考虑成层地基倾斜偏心荷载、桩自重、水平或竖向分布荷载等复杂荷载综合作用及桩身初始倾斜时的基桩内力及位移分析程序Plisys。然后自行设计并完成了叁组8根倾斜偏心荷载下木质柔性桩模型试验,探讨了地面以上桩自由长度、桩身刚度、桩身微倾斜角度等因素对倾斜偏心荷载下基桩位移特性的影响,试验结果与理论计算吻合良好。最后,通过理论计算与试验结果分析,总结出一套倾斜偏心荷载下基桩桩顶水平位移计算和桩身地面水平位移计算的半经验公式,并获得一些有益的结论。
唐正风[9]2018年在《悬索桥群桩锚碇基础受力性能分析及BIM在锚碇施工中的应用》文中提出锚碇是悬索桥的重要受力部分,当前常用的悬索桥重力式锚碇基础的体积通常十分巨大,造价也十分高昂。现某悬索桥锚碇拟采用一种轻型的锚碇基础——群桩锚碇基础,此类型基础能大幅减少工程用量,降低工程造价。锚碇承受巨大水平荷载时,群桩基础中的各桩的桩顶内力分配复杂,群桩锚碇基础各桩的内力分配及极限承载力影响因素较多。BIM技术改变了传统的设计方法,可创建包含完整施工信息的施工模型,以确保施工的可行性与安全性,因此,可将BIM技术引入到群桩锚碇基础的施工过程中。针对上述问题,本文主要工作如下:(1)基于m法推导出群桩基础的幂级数解,采用MATLAB编制计算程序计算群桩锚碇基础中桩顶内力分配与桩身内力解析解,提出了群桩锚碇基础正常使用的指标;(2)基于ANSYS有限元软件建立群桩锚碇基础与周围土体整体模型,计算分析了各桩在锚碇自重作用下以及自重和设计主缆力共同作用下的位移和内力,并计算基础的极限承载力和正常使用的指标;探讨了土体参数、桩径、桩长、桩截面形式、桩布置形式等对群桩锚碇基础中各桩的位移、内力的影响,以及对其极限承载力的影响;(3)将BIM技术引入到锚碇施工过程中,在施工工序的模拟、碰撞检测以及施工过程中的工程量统计等方面进行了研究,对BIM技术在桥梁锚碇施工过程中的应用进行初步探索。计算结果表明:群桩锚碇基础从前排桩到后排桩,各桩所分担的桩顶内力逐渐增大;群桩锚碇基础的极限承载力达到2.79倍设计主缆荷载,有较高的安全系数;土体弹性模量的变化对各桩的位移、内力及极限承载力有较大影响;土体凝聚力的变化对各桩的位移及内力分配影响很小,但是对极限承载力有较大影响;采用实心桩时,随着桩径增大,锚碇整体水平位移减小,极限承载力减小;采用空心桩时,其极限承载力大幅降低;桩长在砂岩地基中变化时不会对各桩的位移、内力以及极限承载力造成明显影响;随着矩形桩长宽比的增加,各桩桩顶位移减小,桩顶内力增大,极限承载力减小;采用斜桩形式基础能较大程度地改善桩基础的受力;随斜桩倾斜角度的增大,各桩的桩顶位移、桩顶顺桥向剪力以及桩顶绕横桥向弯矩均逐渐减小,前排桩的桩顶轴力逐渐减小,后排桩的桩顶轴力逐渐增大。
黄晋[10]2009年在《斜向受荷桩工作性状试验与数值分析研究》文中认为在港口、桥梁和近海平台等工程中的桩基础,主要是用来承受斜向荷载,而不仅仅是承受水平或竖向荷载。在斜向荷载作用下桩的工作机理及性状的研究时,通常是将斜向荷载分解成竖向和水平荷载,然后将二者分开单独计算桩的响应,再按小变形迭加原理合并其计算的内力和位移,并在桩身截面强度验算时将截面弯矩乘以一修正系数加以修正。目前,关于斜向荷载作用下竖直桩的工作机理及性状的研究成果还很少。为更进一步了解斜向荷载作用下基桩的工作性能,本文通过室内模型试验研究了水平荷载对竖向承载桩、竖向荷载对水平承载桩以及斜向荷载分别作用下单桩承载性状和荷载传递机理,并用有限元法对斜向受荷的单桩和群桩进行了数值模拟,其主要工作和结论如下:(1)简单概述了桩基的发展历史和竖向受荷桩、水平受荷桩与竖向-水平同时受荷桩国内外的研究现状和成果。(2)对斜向受荷桩进行了室内模型试验。通过模型桩试验研究,分析了水平荷载对竖向承载桩沉降及桩身弯矩的影响、竖向荷载对水平承载桩水平位移及桩身弯矩的影响以及按同比例同时施加水平和竖向荷载时,水平荷载对桩沉降的影响。(3)通过有限元分析软件ABAQUS 6.5对斜向受荷桩进行了数值模拟与分析。在分析过程中,对桩周土分别采用弹性和修正Cam-clay模型以模拟土体的非线性,而桩-土接触面则设置了接触单元以考虑桩与土的滑移和开裂。通过不同计算模型和不同荷载组合作用分析了水平荷载对竖向承载桩的沉降、竖向荷载及偏心竖向荷载对水平承载桩的水平位移以及倾斜荷载的倾角对桩顶的沉降、水平位移和桩身挠度的影响。(4)通过数值模型,进一步分析了水平荷载对竖向承载桩沉降的影响,竖向荷载对水平承载桩挠度的影响以及不同倾角的倾斜荷载对桩身的挠度和弯矩的影响,并将所得数值模拟结果与某工程的实测结果进行对比分析,结果表明两者拟合较好。(5)对不同大小和倾角的倾斜荷载作用下的群桩内力、位移和弯矩等进行了数值模拟与分析。结果表明:荷载大小及倾角对桩身弯矩的影响较大,边桩的存在可减小中桩的侧阻力。由于群桩效应使得两边桩对中桩有遮拦作用,并导致中桩的弯矩有所降低。
参考文献：
[1]. 倾斜荷载下群桩内力的非线性有限元分析[D]. 邬宝林. 湖南大学. 2003
[2]. 横向荷载作用下高桩承台的受力性能分析和研究[D]. 危金菊. 同济大学. 2008
[3]. 倾斜荷载下群桩受力的非线性无单元分析方法与应用研究[D]. 王凌. 湖南大学. 2005
[4]. 岩质边坡桥梁基桩受力分析的理论与试验研究[D]. 刘建华. 湖南大学. 2007
[5]. 倾斜荷载下群桩基础工作性状的数值分析[J]. 黄晋, 王国才, 童慧芝. 山西建筑. 2011
[6]. 复合荷载作用下桩基的非线性数值计算方法研究[D]. 余其凤. 福州大学. 2016
[7]. 倾斜荷载下基桩的受力研究[D]. 赵明华. 湖南大学. 2001
[8]. 倾斜偏心荷载下基桩受力分析与室内模型试验研究[D]. 李微哲. 湖南大学. 2005
[9]. 悬索桥群桩锚碇基础受力性能分析及BIM在锚碇施工中的应用[D]. 唐正风. 西南交通大学. 2018
[10]. 斜向受荷桩工作性状试验与数值分析研究[D]. 黄晋. 浙江工业大学. 2009
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