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排桩支护基坑的一种桩身位移及内力解析法推导及其应用

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岩土力学 2015年第S2期36卷 459-468页

作者：肖荣军何广史宏彦广东省佛山地质局广东佛山528000 广东工业大学土木与交通工程学院广东广州510006

选取某一支护面上的任意一根桩为研究对象,设置一道支撑(或锚索或锚杆)及开挖至坑底,建立其受力平衡方程和位移协调方程。通过圈梁的协调作用,将研究对象扩大到整个支护面,推导出能够同时考虑开挖过程、支撑设置以及桩-土-圈梁共同作用... 详细信息

选取某一支护面上的任意一根桩为研究对象,设置一道支撑(或锚索或锚杆)及开挖至坑底,建立其受力平衡方程和位移协调方程。通过圈梁的协调作用,将研究对象扩大到整个支护面,推导出能够同时考虑开挖过程、支撑设置以及桩-土-圈梁共同作用的支护面位移和受力方程组,利用FORTRAN语言编制的程序求解,可计算出开挖至坑底工况下圈梁、桩身任一截面的内力、水平位移。通过算例计算圈梁(桩顶)的位移与监测位移及部分桩的内力,与文献[1]方法计算的内力进行对比分析,验证文中方法的合理与可行性。

关键词：基坑排桩支护开挖过程内力与变形

考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形的锚索微型桩群计算模型研究

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工程科学与技术 2024年第5期56卷 190-202页

作者：朱彦鹏成栋杨奎斌刘东瑞兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 陕西理工大学土木工程与建筑学院陕西汉中723001

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,... 详细信息

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,将微型桩群分为受荷段与嵌固段进行分析。对于受荷段,将桩间土简化为水平土弹簧,有效考虑桩间土力的传递作用;对于嵌固段,采用理想弹塑性p-y曲线分析桩-土相互作用。其次,将冠梁处预应力锚索简化为弹性支座,将其作用力转移至后排桩桩顶,再由桩顶冠梁重分配至各排桩桩顶处,从而达到对桩顶位移的约束作用。最后,以帕斯捷尔纳克(Pasternak)双参数地基梁法为基础,建立考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群有限差分计算模型,并迭代求解得到该结构的水平位移与内力。利用该计算模型分别对微型桩群与锚索微型桩群加固土质边坡进行算例计算,与试验、数值模拟结果对比分析,验证该模型的合理性,并探讨土体剪切刚度、锚索束及桩径对该锚索微型桩群水平位移与内力的影响。研究表明:嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响;随着锚索束的增加,桩身最大正弯矩及水平位移均不断减小,可通过增设锚索束达到控制桩身变形与内力的目的。

关键词：边坡微型桩锚索内力与变形理想弹塑性p-y曲线

基于杆系单元法的基坑三排桩支护结构简化计算方法

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建筑结构 2023年第S1期53卷 2883-2890页

作者：谭天憧印长俊湘潭大学土木工程学院湘潭411105

三排桩作为一种新型支护结构,相较一般的支护形式具有较大的侧向刚度以及抗倾覆能力,因此在一些安全要求较高的基坑工程中已有应用,但因其缺乏系统的计算方法和理论研究,给工程设计和建设带来了一定的困扰。以双排桩中常用的桩土相互作... 详细信息

三排桩作为一种新型支护结构,相较一般的支护形式具有较大的侧向刚度以及抗倾覆能力,因此在一些安全要求较高的基坑工程中已有应用,但因其缺乏系统的计算方法和理论研究,给工程设计和建设带来了一定的困扰。以双排桩中常用的桩土相互作用模型和土压力分配模型为切入点,结合现行技术规程,通过对三排桩的结构受力机理进行探讨分析,分别建立了三种针对三排桩的平面杆系有限元模型,结合具体的算例,对这三种模型的合理性加以验证,研究了不同模型下三排桩支护结构的内力与变形规律,并对这三种模型的适用范围进行了探讨,同时在规程模型和桁架模型两种桩土相互作用模型的基础上,研究了桩间土压缩性能对支护结构内力及其变形的影响,旨在为基坑三排桩的工程应用提供一定的参考。

关键词：三排桩基坑杆系单元法内力与变形压缩性能

三塔悬索桥不同结构体系对结构静动力行为的影响

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世界桥梁 2010年第4期38卷 39-42页

作者：司义德逄焕平王建国青岛市市政工程设计研究院有限责任公司山东青岛266071 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

大跨径三塔悬索桥是一种新的结构形式,不同的约束形式对结构的内力与变形有一定的影响。采用有限元软件建立某三塔悬索桥有限元空间模型,对结构在不同的纵向约束和竖向约束体系下的静动力影响进行研究和对比。结果表明:纵向约束适宜仅... 详细信息

大跨径三塔悬索桥是一种新的结构形式,不同的约束形式对结构的内力与变形有一定的影响。采用有限元软件建立某三塔悬索桥有限元空间模型,对结构在不同的纵向约束和竖向约束体系下的静动力影响进行研究和对比。结果表明:纵向约束适宜仅设置在中塔处,在主缆与加劲梁间设置刚性中央扣需谨慎设计,也没有必要在三塔处均设置纵向约束;竖向约束在加劲梁能满足应力要求时,适宜采用连续加劲梁在中塔处固结的结构形式;在加劲梁设计受限时,不宜在中塔处设置竖向约束。

关键词：悬索桥结构体系动力行为 Dynamic Behavior Suspension Bridge Structural Systems Different 纵向约束连续加劲梁结构形式有限元软件内力与变形约束体系梁设计空间模型动力影响中央扣大跨径主缆应力

RC框架结构抗连续性倒塌的ABAQUS仿真分析

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RC框架结构抗连续性倒塌的ABAQUS仿真分析

作者：刘帅石家庄铁道大学

学位级别：硕士

结构在常规荷载作用下的受力性能经过多年的研究发展,可以满足结构的可靠性需要。可是,偶然荷载对于结构的影响却时常被人们忽略,一旦发生,可能会引起结构的连续性倒塌,例如汽车撞击,恐怖袭击,炸弹爆炸等。从1968年英国Ronan Point公寓... 详细信息

结构在常规荷载作用下的受力性能经过多年的研究发展,可以满足结构的可靠性需要。可是,偶然荷载对于结构的影响却时常被人们忽略,一旦发生,可能会引起结构的连续性倒塌,例如汽车撞击,恐怖袭击,炸弹爆炸等。从1968年英国Ronan Point公寓燃气爆炸事件开始,全世界第一次开始了对于结构连续性倒塌的研究,而“9.11”事件发生以后,全世界对连续性倒塌的讨论达到了空前的高潮。各国纷纷台了相关规范,如DOD2005, GSA2003等,经过实践,这些经过抗连续性倒塌设计的结构表现了良好的性能。本文研究了结构在受到偶然荷载作用时的受力机理,并分析在抗震等级、设防烈度不同时,拆除柱子的部位不同时结构的荷载效应,为抗连续倒塌设计提供一定的理论依据。论文的主要工作如下： (1)通过阅读大量的前人文献,分析当前国内外关于本课题的相关情况,确定本文的研究内容。 (2)详细阐述了各国关于抗连续性倒塌的相关规范,得出了对于结构抗连续倒塌的分析方法、计算公式,倒塌的判定准则,总结其内容,比较各国规范的异同点与侧重点,为后续的章节确定理论依据。 (3)阐述了结构连续性倒塌的研究方法与设计方法,并分析各方法的优缺点,确定适用于本文的方法;同时,又重点分析了本文中将涉及的非线性与大变形,这是与以往常规荷载分析时不一样的地方。 (4)对于一幢实际的三层框架进行分析,在设防烈度为六度时,利用PKPM软件对于结构进行计算,得出配筋结果,把荷载情况,配筋结果,材料性质输入到ABAQUS有限元软件中,依次对于角柱、长边中柱、短边中柱、内部柱进行单元生死,分析结构的内力与变形,判断结构是否倒塌;随后,改变设计防烈度,再按上述内容进行分析。最后,对比分析计算结果,得出关于不同设防烈度下对于结构连续性倒塌的影响。

关键词：偶然荷载结构连续性倒塌 ABAQUS软件内力与变形

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深基坑桩锚支护结构体系工作机理研究

深基坑桩锚支护结构体系工作机理研究

作者：张永磊山东大学

学位级别：硕士

论文基于济南市某深大基坑桩锚支护单元设计方案,运用有限元软件PLAXIS 3D,综合分析基坑开挖工况下,支护桩、锚索的内力以及坑外土体变形规律：研究支护桩与预应力锚索各参数改变对整体结构影响敏感度;探讨支护排桩不同变形模式对坑外... 详细信息

论文基于济南市某深大基坑桩锚支护单元设计方案,运用有限元软件PLAXIS 3D,综合分析基坑开挖工况下,支护桩、锚索的内力以及坑外土体变形规律：研究支护桩与预应力锚索各参数改变对整体结构影响敏感度;探讨支护排桩不同变形模式对坑外位移场的影响;揭示支护结构空间力学性状,得到主要结论如下：1、单元设计结果与有限元分析结果存在明显偏差,重大工程项目基坑工程设计均应进行有限元辅助设计,参考数值模拟结果完善单元设计工程决策。2、随着开挖进行,桩体弯矩、剪力、锚索轴力的最值及其出现的位置均成规律性变化。最下层锚索所受的轴力最大,嵌固段轴力最大值位置随着潜在滑裂面的后移而后移;支护桩变形呈复合式变形模式。3、坑外地表沉降呈现凹槽形,沉降槽的主要影响宽度为2倍的开挖深度;坑外地’表水平位移变化趋势大体与地表沉降一致,紧邻桩体处地表土体将产生较大的沉降和水平位移。坑外土体在不同深度处和距支护结构不同距离位置处变形不同,呈现明显的分区,土体沉降分为凹槽形沉降区,变形过渡区、三角形沉降区和无影响区四个分区;水平变形可分为复合弓形变形区、变形过渡区和悬臂变形区三个分区;锚索锚固段的存在对其周围土体的变形有明显扰动。4、各参数改变会对支护结构弯矩与变形、坑外地表沉降以及锚索轴力产生不同的影响。桩径变化对支护桩弯矩影响最大;支护桩嵌固深度对桩的变形影响最大。5、不同支护排桩变形模式下坑外深层土体的沉降和水平位移变形是不同的,其影响分区的划分也是有区别的。内凸型较复合型水平变形影响分区多一个弓形影响区：踢脚型沉降影响区未出现三角形变形区而直接过渡到无影响区;悬臂型沉降有大范围三角形变形区,且水平变形均为悬臂型变形。6、支护排桩整体变形最大位移出现在等刚度支护结构中点位置,深坑开挖对紧邻浅坑排桩的影响范围为2倍的深坑深度,桩身整体水平位移和弯矩在靠近坑角位置处逐渐减小,基坑空间效应鲜明。

关键词：桩锚支护体系整体工作机理有限元分析内力与变形

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锚索微型桩群加固土质滑坡承载性能研究

锚索微型桩群加固土质滑坡承载性能研究

作者：成栋兰州理工大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”战略的深入开展,西部地区基础设施建设成为重中之重,产生了大量滑坡地质灾害问题,严重影响着沿线工程建设和人民生命财产安全。这些滑坡的产生一般存在一定的预兆,当滑坡处于初滑或潜在滑动时,需采取紧急措施进行处置,... 详细信息

随着“一带一路”战略的深入开展,西部地区基础设施建设成为重中之重,产生了大量滑坡地质灾害问题,严重影响着沿线工程建设和人民生命财产安全。这些滑坡的产生一般存在一定的预兆,当滑坡处于初滑或潜在滑动时,需采取紧急措施进行处置,以免造成人员伤亡与巨大经济财产损失。锚索微型桩群正是滑坡紧急抢险的有效措施之一。该结构施工方便快捷,对坡体扰动小,可以减小对周围植被的破坏,具有经济环保的特征,与滑坡紧急抢险工程的需要非常契合。目前,对于该结构桩身内力与变形已有较多研究,并建立了基于不同假设的理论计算模型。然而这些计算模型对于嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少,并且其桩间距一般由工程经验确定,极大地影响了该结构抗滑能力的发挥。因此,对锚索微型桩群桩身内力与变形及其合理桩间距进行研究具有重要的现实意义与理论价值。基于此,本文针对锚索微型桩群加固土质滑坡进行研究,主要研究内容为:(1)分析了锚索微型桩群加固滑坡的受力特性与工作机理,并对Winkler地基梁模型与Pasternak双参数地基梁模型两种主要的水平受荷柔性长桩分析方法进行了归纳总结,简述了几种主要的桩前土体抗力计算方法:线性弹性地基反力法、非线性弹性地基反力法与p-y曲线法。(2)对锚索微型桩群加固土质滑坡的桩身内力与变形进行分析。以潜在滑裂面位置为分界线将微型桩群分为受荷段与嵌固段两部分。对于受荷段,将桩间土简化为水平土弹簧,有效考虑了桩间土力的传递作用;对于嵌固段,采用理想弹塑性p-y曲线分析其桩-土相互作用。然后以Pasternak双参数地基梁法为基础建立了考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群桩身内力与变形的有限差分计算模型,并采用迭代求解。利用该计算模型对工程算例进行计算,与试验、数值模拟结果对比分析,验证了该模型的合理性,并探讨了土体剪切刚度、锚索束及桩径对桩身水平位移与内力的影响。研究表明,嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响。(3)对微型桩群合理桩间距进行研究。首先,对独立微型桩桩间距进行分析,将桩间土拱拱轴线视为抛物线,利用Boussinesq解推导出桩后附近土体附加应力场,确定土拱拱轴线矢高,进而分别以拱顶或拱脚处土体达到极限状态为控制条件给出最大桩间距计算公式,并与模型试验结果对比验证了其合理性。在此基础上,根据均匀布置微型桩群加固土质滑坡受力情况,给出了其合理桩间距确定方法。对组合式微型桩群桩间距分析,以独立微型桩最大桩间距为基础,考虑桩间土拱与桩群间土拱的相互作用,建立了该结构桩间距简化计算模型,对简化工程实例进行计算,与数值模拟结果对比分析,验证了其合理性,并探讨了微型桩群间距对该结构合理桩间距的影响,表明在确保桩群间土拱正常工作的情况下,增大桩群横向净距能够有效增大该结构的等效列间距。

关键词：滑坡微型桩群锚索内力与变形桩间距

结构缺陷对基坑支护结构工作性状影响的计算分析

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结构缺陷对基坑支护结构工作性状影响的计算分析

作者：宋亚萌天津大学

学位级别：硕士

基坑支护结构对控制基坑变形和稳定性具有重要意义。在实际工程中,由于地质条件的复杂性,地质勘探、设计不合理、施工技术与工艺等的问题,支护结构难免会存在各种缺陷,从而造成基坑事故,而目前国内外对于带缺陷服役的支护结构的工作性... 详细信息

基坑支护结构对控制基坑变形和稳定性具有重要意义。在实际工程中,由于地质条件的复杂性,地质勘探、设计不合理、施工技术与工艺等的问题,支护结构难免会存在各种缺陷,从而造成基坑事故,而目前国内外对于带缺陷服役的支护结构的工作性状缺乏定量分析。因此,本文在阅读相关文献的基础上,通过数值模拟对缺陷支护结构的工作性状进行了研究。本文主要做了以下研究工作:（1）对当前基坑支护结构内力与变形分析的基本方法进行综述。（2）利用启明星商业计算软件FRWS和BSC-3D建立了基坑三维有限元模型,计算不同缺陷结构情况下支护结构的变形、弯矩、剪力、轴力,通过与正常支护结构工作性状相对比,分别研究了挡土桩结构缺陷对桩自身工作性状、挡土桩结构缺陷对内支撑体系工作性状和内支撑结构缺陷对内支撑体系工作性状的影响,并总结了不同结构缺陷情况下支护结构内力和变形的一般规律。上述工作得到主要结论:（1）挡土桩缩径会对自身工作性状造成不利影响;扩径会提高自身抗弯刚度,降低挡土桩变形;断桩长度对桩身工作性状影响较为明显,桩长在合理范围内时对桩工作性状影响较小,当桩长小于最低嵌固深度时桩会出现倾覆破坏现象。（2）挡土桩缩径、扩径都会造成内支撑结构变形增大,且随着缺陷桩径减小,内支撑会逐渐向坑外移动;在一定长度范围内断桩对内支撑结构影响不明显,低于该长度断桩会造成内支撑变形明显增大。（3）当支撑主要受轴力作用时,支撑节点缺陷对内支撑影响较小;冠梁节点缺陷会严重降低内支撑结构整体刚度,对基坑破坏性最为显著;局部混凝土离析会造成支撑结构强度下降,离析部分变形增大。研究成果揭示了结构缺陷情况下支护结构工作性状的一般规律,为今后缺陷支护结构的工作性状及相关研究提供了参考。

关键词：基坑工程工作性状结构缺陷支护结构内力与变形

基于CEL法的开挖和堆载对邻近桩基的影响及防治措施研究

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基于CEL法的开挖和堆载对邻近桩基的影响及防治措施研究

作者：王俊鹏中南大学

学位级别：硕士

随着高铁线路的密集化发展,临近既有铁路沿线常会有新的工程建设,特别是软土地区,邻近开挖、堆载易引起软土产生水平塑流和不均匀沉降,造成桥梁桩基的偏移,甚至影响列车的行车安全。本文以上海铁路局科研计划项目为依托,采用现场试验和... 详细信息

随着高铁线路的密集化发展,临近既有铁路沿线常会有新的工程建设,特别是软土地区,邻近开挖、堆载易引起软土产生水平塑流和不均匀沉降,造成桥梁桩基的偏移,甚至影响列车的行车安全。本文以上海铁路局科研计划项目为依托,采用现场试验和数值模拟相结合的方法,研究了开挖和堆载对邻近桥梁桩基的影响规律和程度,并对桩基偏移的防治措施开展数值分析模拟和效果评价。主要工作和成果如下:(1)开展了不同开挖深度、宽度和距离工况下临近单排桩基和地基的内力与变形现场试验研究,获得了各工况下桩基和土体的内力与变形规律。结果表明:(1)各工况桩身弯矩呈先增大后减小趋势,弯矩主要影响范围为0～25m,最大弯矩在桩身12m位置处。(2)桩基向基坑侧偏移,桩顶水平位移最大,水平位移随开挖深度增大而增加,桩身水平位移在0～15m深度范围较明显。(3)桩与基坑间土体水平位移变化规律桩基相近。(4)相较基坑开挖的间距,开挖深度对桩基影响更显著。(2)建立了现场开挖试验全过程CEL分析模型,计算所得的桩身弯矩、桩身水平位移、桩基与基坑间土体水平位移和桩侧土应力与实测值吻合较好,验证数值分析模型的可靠性。模拟分析了无桩条件下基坑开挖对周边土体竖向应力、剪应力、水平位移和竖向位移的影响规律。(3)建立了邻近开挖和堆载作用下杭甬高铁桥梁桩基的CEL三维有限元分析模型,分析获知开挖和堆载作用下桩基向开挖侧偏移,各基桩的水平位移大小相近,主要影响深度范围为0～40m,桩身水平位移随深度增加而减小。基桩上段在开挖侧受拉,下段桩开挖侧受压,最大正弯矩在距桩顶2m左右处。(4)采用CEL法模拟分析了隔离桩、应力释放孔、高压旋喷桩以及相互结合的方法对开挖和堆载作用的防治效果。结果表明,隔离桩+应力释放孔的预防效果与应力释放孔+高压旋喷桩的纠偏效果良好。图70幅,表11个,参考文献109篇

关键词：开挖堆载桩基现场试验 CEL方法内力与变形防治措施