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阶梯型变截面桩水平受力计算方法研究

铁道建筑技术 2016年第S1期 366-369页

作者：孙璇廖建宏郭鑫湖南省交通规划勘察设计研究院湖南长沙 410008

为提出阶梯型变截面桩水平受力的理论计算方法，基于弹性地基梁理论分析桩基水平受力机理，建立了考虑桩径和土层变化的变截面桩基分层受力模型，推导了桩身内力和变形理论计算公式，并与有限元模型和现行规范进行对比计算。研究结果表... 详细信息

为提出阶梯型变截面桩水平受力的理论计算方法，基于弹性地基梁理论分析桩基水平受力机理，建立了考虑桩径和土层变化的变截面桩基分层受力模型，推导了桩身内力和变形理论计算公式，并与有限元模型和现行规范进行对比计算。研究结果表明：阶梯型变截面桩相比等直径桩更符合桩身受力规律，推导的理论公式与有限元计算结果吻合良好，较现行规范计算方法更加准确。

关键词：阶梯型变截面桩水平受力弹性地基梁计算方法

分层地基土中阶梯型变截面桩变形及承载特性研究

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分层地基土中阶梯型变截面桩变形及承载特性研究

作者：朱文文辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着桥梁、铁路与公路路网的蓬勃发展,为满足大跨度桥梁、超高层建筑等上部结构的承载力要求及适应各种复杂地质环境条件,桩基础得到了广泛应用,且常通过增大桩径与桩长来提高其承载力,这极大地增加了项目费用。基于满足工程项目安全性... 详细信息

随着桥梁、铁路与公路路网的蓬勃发展,为满足大跨度桥梁、超高层建筑等上部结构的承载力要求及适应各种复杂地质环境条件,桩基础得到了广泛应用,且常通过增大桩径与桩长来提高其承载力,这极大地增加了项目费用。基于满足工程项目安全性、适用性和经济性的前提,迫切需要对桩基础进行优化选型,阶梯型变截面桩应运而生,因其经济性和受力合理性的优点,使其在工程领域中的应用程度得到提升,但其工程实践领先于理论研究。因此,论文采用模型试验、理论分析和数值模拟的研究方法,对分层地基土中阶梯型变截面桩的承载及变形特性进行了研究。主要内容和成果如下:(1)通过室内相似模型试验,获得了竖向荷载作用下等截面直桩和不同阶梯型变截面桩的荷载-沉降曲线,桩身变形及轴力、桩侧摩阻力分布规律及桩端和变截面处端阻力变化曲线,以此探究阶梯型变截面桩上部桩径与等截面直桩的桩径比值R对各桩单位体积极限承载力、承载力比率的影响。结果表明,各桩变形及承载特性与R相关,保持变径比B=0.8和桩长一定,R=1.0～1.3时,等截面直桩的单位极限承载力小于阶梯型变截面桩;同时,不同标准下,各桩极限承载力比率随R的增大而逐渐增大。(2)基于临界状态假设,划分桩身的竖向受力状态,以此建立了阶梯型变截面桩竖向承载力和竖向沉降的计算公式,并用工程实例验证了此计算公式的合理性。采用BoxLucas1非线性函数建立了阶梯型变截面桩-土接触荷载传递理论模型,并用此函数较好拟合了室内模型试验得出的桩侧摩阻力(桩端阻力)与桩-土相对位移(桩端位移)曲线。(3)采用ABAQUS有限元数值模拟软件,建立了竖向荷载作用下不同阶梯型变截面桩和等截面直桩的桩土模型,并对比分析了各桩的荷载-沉降曲线,轴力、桩侧摩阻力分布曲线,桩身、桩周和桩端土的位移场和应力场,完善并验证了模型试验的结论。结果表明,在小荷载作用下,各桩桩身、桩周、桩端土的位移和应力均未有明显差异;在大荷载作用下,桩周、桩端土应力未有明显差异,但受变截面上部直径大小的影响,桩身、桩周、桩端土的位移和桩身应力存在明显差异;当桩顶施加荷载超过一定值时,阶梯型变截面桩桩顶沉降值小于等截面直桩桩顶沉降值。(4)采用ABAQUS有限元数值模拟软件,从力学角度分析了影响阶梯型变截面桩桩顶沉降的因素。结果表明,桩顶沉降随桩土剪切模量比、体积模量比、桩土接触面剪切刚度、法向刚度、黏聚力和内摩擦角增大呈逐渐减小趋势;当两模量比分别大于100和10,桩土接触面剪切刚度大于其临界值,桩土接触面黏聚力和内摩擦角与原模型的比值分别大于1.4和1.3时,桩顶沉降所受影响变小;当桩土接触面法向刚度大于其临界值时,此刚度对桩顶沉降的影响变大。该论文有图67幅,表29个,参考文献87篇。

关键词：阶梯型变截面桩相似材料模型试验 BoxLucas1函数数值分析承载特性

偏心荷载作用下阶梯型变截面桩复合地基工作性状研究

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偏心荷载作用下阶梯型变截面桩复合地基工作性状研究

作者：刘庭湖南工业大学

学位级别：硕士

深厚软土地基的处理是一个复杂的问题。刚性桩作为加固深厚软土地基工法,具有竖向沉降小,变形稳定时间短的优点。本文在总结传统刚性桩复合地基研究成果的基础上,提出了阶梯形变截面桩复合地基新技术。通过大比例室内模型试验及数值仿... 详细信息

深厚软土地基的处理是一个复杂的问题。刚性桩作为加固深厚软土地基工法,具有竖向沉降小,变形稳定时间短的优点。本文在总结传统刚性桩复合地基研究成果的基础上,提出了阶梯形变截面桩复合地基新技术。通过大比例室内模型试验及数值仿真分析等手段,对比研究了偏心荷载和对称荷载下阶梯型变截面桩复合地基工作性状,讨论了垫层厚度、垫层模量、承台刚度对复合地基工作性状的影响,主要研究内容和成果如下:进行了偏心荷载和对称荷载下阶梯型变截面桩复合地基室内大比例模型试验,对比研究了偏心与对称荷载下阶梯型变截面桩复合地基的沉降特性、桩身应力分布规律。研究结果表明:偏心荷载作用时复合地基的承载能力要小于对称荷载时复合地基的承载能力。荷载偏心对承台下桩的荷载传递规律有一定影响。基于FLAC数值模拟软件建立了偏心荷载和对称荷载下阶梯型变截面桩复合地基室内大比例模型试验的数值模拟模型。探讨了复合地基应力场及位移场随承台荷载的变化规律。基于FLAC数值模拟建立了足尺刚性桩复合地基三维数值模拟模型。研究了垫层厚度、垫层模量对刚性桩复合地基工作性状的影响。指出了垫层厚度、垫层模量的合理取值范围。

关键词：偏心荷载阶梯型变截面桩复合地基数值模拟

粘土地层中阶梯型变截面桩横向承载特性试验研究

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粘土地层中阶梯型变截面桩横向承载特性试验研究

作者：张胤红华东交通大学

学位级别：硕士

自阶梯型变截面桩被开发出以来,国内外学者和工程技术人员对其竖向承载机理、受力变形特性、变截面位置及变径比等做了大量理论、数值和试验方面的研究,并取得了丰硕的成果。但对于阶梯型变截面桩的横向承载机理及受力变形特性的研究相... 详细信息

自阶梯型变截面桩被开发出以来,国内外学者和工程技术人员对其竖向承载机理、受力变形特性、变截面位置及变径比等做了大量理论、数值和试验方面的研究,并取得了丰硕的成果。但对于阶梯型变截面桩的横向承载机理及受力变形特性的研究相对较少,其理论、数值等研究成果较为分散,离形成一个系统并应用于实际尚远,尤其是在对阶梯型变截面桩受横向荷载的现场试验研究方面的成果更是乏陈可指。因此,对阶梯型变截面桩展开现场横向推力试验,研究阶梯型变截面桩在水平荷载下承载特性及其桩身变形特性,并对相关理论、数值和模型试验成果进行验证很有意义。研究的工作及成果如下:(1)设计了两根一级阶梯型变截面桩和两根等截面桩,并进行现场水平推力试验。对比了两种桩型的承载力、单位体积材料承载力和内力沿桩身分布规律及变形特性。根据试验结果,当桩顶截面和桩身长度相同时,虽然阶梯型变截面刚性短桩(变截面位置在大直径段占桩长的46.7%处,变径比为0.8)的单桩水平承载力要小于等截面刚性短桩,但阶梯型变截面桩的单位体积材料的承载力要优于等截面刚性短桩。桩身性质相同时,阶梯型变截面桩的弯矩沿桩身变化趋势与等截面桩基本一致,桩顶P-S曲线皆呈现出典型的非线性变化特征。(2)运用数值模拟手段对阶梯型变截面弹性长桩和刚性短桩的桩顶P-S曲线、桩身位移、弯矩沿桩身分布曲线进行分析。在水平荷载作用下,粘土地层中阶梯型变截面弹性长桩和阶梯型变截面刚性短桩的桩身位移、弯矩变化规律明显不同。阶梯型变截面刚性短桩的桩身位移曲线几乎为线性变化,而阶梯型变截面弹性长桩表现非线性变化特性。粘土地层中阶梯型变截面刚性短桩在变截面处弯矩变化与桩周土层性质和桩身截面性质息息相关,当变截面位置以上土层较好且变截面以下桩径减小时,桩身变截面以下弯矩将会产生急剧减小的变化趋势。(3)以桩径为800mm,桩长为12m的配筋率为0.65%的等截面灌注桩为基础,对其进行扩径改变其扩径段长度,分析了不同扩径比及扩径段长度的单桩水平承载力特征值和其单位体积材料的发挥情况。模拟结果表明,阶梯型变截面桩的水平承载力特征值随扩径比和扩径段占桩身长度比例增大而增大,但其增大速率会随着扩径段占桩身长度比例的增大而减小。在桩顶水平荷载达到水平承载力特征值时且扩径比一致的情况下,随着扩径段与桩身长度比值的增加,桩身的单位体积材料承载力逐渐减小。

关键词：阶梯型变截面桩水平承载力单位体积材料承载力承载特性数值模拟

大直径阶梯型变截面桩竖向承载力计算方法研究

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路基工程 2020年第2期 104-108页

作者：王景梅蒋浩然广东交通职业技术学院广州510650 深圳中铁二局工程有限公司广东深圳518064

通过分析阶梯型变截面桩-土体系的荷载传递过程,综合考虑桩侧土体侧摩阻力及端桩承载力的发挥情况,并考虑一定的安全储备,提出了基于变形协调原则的变截面桩基竖向承载力和沉降的计算理论和公式,该方法克服了规范法中桩基竖向承载力和... 详细信息

通过分析阶梯型变截面桩-土体系的荷载传递过程,综合考虑桩侧土体侧摩阻力及端桩承载力的发挥情况,并考虑一定的安全储备,提出了基于变形协调原则的变截面桩基竖向承载力和沉降的计算理论和公式,该方法克服了规范法中桩基竖向承载力和沉降不相关的缺陷,并以某深水大跨度桥梁大直径阶梯型变截面桩为例,分别采用变形协调原则法和规范法对该桩基进行计算和对比分析,结果表明:变形协调原则法计算出来的桩基竖向承载力小于规范法计算值。

关键词：大直径阶梯型变截面桩变形协调竖向承载力沉降

大直径阶梯型变截面桩水平承载特性数值模拟研究

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广东建材 2023年第5期39卷 67-71页

作者：王景梅广东交通职业技术学院土木工程学院

大直径阶梯型变截面桩的工作机理和力学特性不同于一般桩基,为研究其在水平荷载作用下的受力特性,采用ANSYS软件建立大直径阶梯型变截面桩的有限元模型,进行单桩水平承载特性数值模拟分析,并将计算结果与理论数值分析结果进行对比分析... 详细信息

大直径阶梯型变截面桩的工作机理和力学特性不同于一般桩基,为研究其在水平荷载作用下的受力特性,采用ANSYS软件建立大直径阶梯型变截面桩的有限元模型,进行单桩水平承载特性数值模拟分析,并将计算结果与理论数值分析结果进行对比分析。结果表明:有限元计算和理论公式计算结果吻合较好;理论公式计算过程较复杂,通过在有限元模型中变化桩基参数来分析桩基受力,不仅能减少理论公式计算难度,且能分析影响桩基受力的参数,研究成果为阶梯型变截面桩基的设计提供一定指导和参考依据。

关键词：大直径阶梯型变截面桩数值模拟水平承载特性

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阶梯型变截面DX桩竖向承载特性数值模拟

山西建筑 2020年第14期46卷 59-60页

作者：程伟刘涛顾超宿迁市交通运输局江苏宿迁223800 宿迁学院建筑工程学院江苏宿迁223800 南京工业大学土木工程学院江苏南京211800

为了不同的土质中变截面DX桩的承载特性,比较不同土质对桩抗压承载力的影响。首先介绍了ABAQUS模拟分析时土单元和桩身单元。然后通过使用ABAQUS有限元软件对同种土质条件下的变截面DX桩和等截面桩的承载过程做数值模拟分析,并与模型试... 详细信息

为了不同的土质中变截面DX桩的承载特性,比较不同土质对桩抗压承载力的影响。首先介绍了ABAQUS模拟分析时土单元和桩身单元。然后通过使用ABAQUS有限元软件对同种土质条件下的变截面DX桩和等截面桩的承载过程做数值模拟分析,并与模型试验数据进行对比研究,研究结果表明数值模拟结果具有较高可靠性。

关键词：阶梯型变截面桩竖向承载数值模拟

基于状态空间法的阶梯型变截面水平受荷桩分析方法

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岩土工程学报 2023年第9期45卷 1944-1952页

作者：张晓笛王金昌杨仲轩龚晓南徐荣桥浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江大学平衡建筑研究中心浙江杭州310058 公路数智养护浙江省工程研究中心浙江杭州310051

为研究阶梯型变截面桩的水平承载特性,基于Timoshenko梁理论,建立了综合考虑桩基尺寸效应、剪切变形和桩基材料非线性效应的四弹簧模型及其状态方程,获得了非线性桩土相互作用下任意长细比的桩截面内力与变形解析解。通过与已有文献中... 详细信息

为研究阶梯型变截面桩的水平承载特性,基于Timoshenko梁理论,建立了综合考虑桩基尺寸效应、剪切变形和桩基材料非线性效应的四弹簧模型及其状态方程,获得了非线性桩土相互作用下任意长细比的桩截面内力与变形解析解。通过与已有文献中现场试验结果对比分析,验证该方法的适用性和有效性,并讨论了变径位置、桩径比和弹性模量比对桩基受荷特性的影响。研究结果表明:(1)桩基水平承载力对三者的敏感性为:桩径比>变径位置>弹性模量比;(2)综合考虑桩承载能力和经济性,建议变径位置、桩径比和弹性模量比取0.6。

关键词：阶梯型变截面桩水平受荷桩土相互作用 Timoshenko梁四弹簧模型状态空间法

地震作用下大直径阶梯型变截面桩基础抗剪性能研究

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铁道建筑技术 2015年第12期 17-20页

作者：刘忠平谭世霖蒋雪琴李永龙中国铁建港航局集团有限公司广东珠海519000

为研究大直径阶梯型变截面桩基础在地震激励下的抗剪性能,对比分析了中美两国桥梁抗震设计规范中抗剪强度计算方法的差异,并以大鳌大桥为例,采用动力时程分析方法分析了桩基础的地震内力响应及抗剪强度。结果表明:本桥的变截面桩基础的... 详细信息

为研究大直径阶梯型变截面桩基础在地震激励下的抗剪性能,对比分析了中美两国桥梁抗震设计规范中抗剪强度计算方法的差异,并以大鳌大桥为例,采用动力时程分析方法分析了桩基础的地震内力响应及抗剪强度。结果表明:本桥的变截面桩基础的抗剪强度满足两国规范要求;与美国规范相比,我国规范中塑性区内抗剪强度计算公式未考虑轴力对混凝土抗剪强度贡献,计算结果偏保守。

关键词：桥梁工程连续刚构阶梯型变截面桩地震作用抗剪性能