预应力大直径管桩的构造及有限元分析
桩基础有限元极限分析应用研究—强度折减法
如何在ANSYS软件中输入极限分析参数
(2) 公式(2)的岩土材料参数输入
岩土材料参数不仅涉及到桩土材料参数的输入，而且 涉及到接触界面材料力学性质，因此建议采用APDL参数 化语言编程方法，便捷地实现参数的输入。如：
TM1=6e6
（弹性模量）
PSB1=0.3
（泊松比）
MD1=1800
（密度）
CSR1=11500
分析桩的竖向承载力特征值。
1. 桩基础有限元极限分析方法
强度折减法
若评价桩基础的安全性，可以采用对岩土材料进行强
度折减的方法，实现安全性评价。c和值的折减如下：
c' c/ F
(3)
' arc tan(tan / F)
(4)
其中，F为桩基础的安全储备系数。
增量加载法
增量加载法是当前有限元极限分析的常用方法，桩基础 的极限载荷确定需要从计算P-S曲线和相关极限承载力判定 方法确定，安全系数为超载安全系数。
2 3 sin 2 3 (9 sin2 )
k
6 3c cos 2 3 (9 sin2 )
3. 桩土界面性质的模拟
（1）桩土
土两种材料的界面层力学特征。
接 触 单
（2）接触面的材料属性与 元 桩基础不同施工的工法
采用接触面材料属性的变
化解决不同工法对桩周地基的影 响。
(a) 实体分网
(b)桩身分网
图 桩基础有限元计算模型网格图
P/10kN
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0
10
载荷试验的P-s曲线
20
30
40
预应力管桩完整版
预应力管桩完整版1. 概述预应力管桩是一种受预应力钢筋和混凝土共同作用的新型桩基材料。
它具有承载力高、抗变形能力强、施工速度快等特点，广泛应用于建筑、桥梁、道路等工程中。
本文将详细介绍预应力管桩的构造、性能、施工及质量控制等方面的内容。
2. 构造预应力管桩主要由桩身、预应力钢筋、接头三部分组成。
1.桩身：桩身是预应力管桩的主体部分，采用高强度混凝土制成。
其内设有预应力钢筋，用以承受拉应力，提高桩的承载力。
2.预应力钢筋：预应力钢筋采用高强度钢丝或钢绞线，通过张拉和锚固工艺施加预应力。
预应力钢筋的布置和数量根据设计要求确定。
3.接头：预应力管桩接头分为桩尖和接桩两部分。
桩尖用于桩的入土，接桩用于连接多节桩。
接头采用焊接或机械连接方式，确保连接可靠。
3. 性能预应力管桩具有以下优点：1.承载力高：预应力管桩通过预应力钢筋和混凝土的协同作用，具有较高的承载力，可满足各类工程对桩基承载力的要求。
2.抗变形能力强：预应力管桩的预应力钢筋和混凝土共同承受外力，使桩身具有良好的抗变形性能，适用于软土地区和复杂地质条件。
3.施工速度快：预应力管桩采用工厂化生产，现场施工简单，具有较高的施工速度，有利于缩短工期。
4.经济效益好：预应力管桩采用高强度材料，节省了钢筋和混凝土用量，降低了工程成本。
4. 施工预应力管桩的施工包括桩基施工前准备、桩基施工、接桩、打桩、质量检测等环节。
1.桩基施工前准备：根据设计图纸和现场实际情况，制定施工方案，进行现场平整、桩位放样等准备工作。
2.桩基施工：采用静压法或打击法将预应力管桩打入土层。
施工过程中要注意控制桩身垂直度、桩顶标高等参数。
3.接桩：根据桩长和设计要求，将多节预应力管桩焊接或机械连接成整根桩。
4.打桩：按照设计顺序和施工方案进行打桩，注意控制打桩速度、力度等参数，确保桩身质量。
5.质量检测：施工过程中要对桩基质量进行检测，包括桩身完整性、承载力等指标。
5. 质量控制预应力管桩的质量控制主要包括以下几个方面：1.材料质量：严格把控原材料质量，确保预应力管桩的材质符合国家标准。
大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力试验及有限元分析
同时，本次演示也指出了研究中存在的不足和需要进一步探讨的问题，如不 同地区、不同工程条件下土层性质对竖向承载性能的影响机制、更精确的计算模 型的建立等。这些问题的解决将有助于更好地理解和应用大直径深长钻孔灌注桩 技术。
参考内容三
随着现代交通基础设施的快速发展，大型桥梁的建设需求不断增加。大直径 桥梁基桩作为桥梁的重要组成部分，其竖向承载力的分析对于保障桥梁的安全性 和稳定性具有重要意义。本次演示将针对大直径桥梁基桩竖向承载力分析及试验 研究进行探讨，旨在为提高桥梁基桩的设计和施工水平提供理论支持和实践依据。
综上所述，大直径桥梁基桩竖向承载力分析及试验研究对于保障桥梁的安全 性和稳定性具有重要意义。本次演示从问题陈述、文献综述、研究方法、实验结 果分析和展望等方面进行了探讨，旨在为提高桥梁基桩的设计和施工水平提供理 论支持和实践依据。在未来的研究中，需要进一步加强该领域的研究工作，以更 好地服务于实际工程中的应用。
实验设计
实验材料
本实验主要采用直径为1.5米、长度为30米的大型混凝土试件，试件材料为 普通硅酸盐水泥，粗骨料为5-31.5毫米连续级配的石子，细骨料为中砂。
实验设备
实验设备主要包括以下几类： 1、深长钻机：用于钻孔及灌注混凝土； 2、高压泵：用于灌注混凝土；
3、静载试验装置：用于对试件进行竖向加载； 4、混凝土搅拌站：用于制备混凝土； 5、养护室：用于试件的养护。
研究方法：
本次演示采用实验研究和理论分析相结合的方法，对大直径深长钻孔灌注桩 单桩竖向承载性能进行研究。首先，设计制作试桩，考虑到工程实际情况，选用 混凝土作为桩身材料，按照相关规范进行施工和养护。其次，在试桩上施加竖向 荷载，采用慢速持续加荷方式，
并使用精密沉降测量仪器对桩顶沉降进行监测。同时，进行土层取样和室内 土工试验，分析土层性质及其对桩身承载性能的影响。最后，结合实验数据和土 层性质，对大直径深长钻孔灌注桩单桩竖向承载性能进行理论分析，揭示其作用 机制和承载规律。
大直径超长桩承载特性有限元分析
所示。 由图可知 ， 其上覆土层 由上 至下依次分别为 ： 碎
［ 基金项 目］ 贵州省交通运输厅项 目（ ｏ２ １ — ２ ） Ｎ ．０ ０ １２
７ ６
低 ４期 （ 总第 １６期 ） ６
（ ） 依托工程概况 。朵 冲特 大桥地处 贵州 高原 １ 西南 山区， 位于晴隆县碧痕镇南西侧约 ６ ５ｍ， ． ｋ 大桥横 跨一槽 谷 ， 谷 宽 １０～２０ 槽 ５ ０ ｍ。大 桥 附 近 海 拔 为 １３ ．０～ ２ １６ ｍ， ４ １２ １ １．０ 相对 高 差 ２ ９６ １． ｍ。桥 区上覆 残 坡积层 （ ｅ＋ｄ） Ｑ ｌ １ 含碎石粉质粘土 、 石土及 崩塌堆积 碎 体（ ｃ 块石 土， Ｑ） 冲洪积 物 （ ａ ＋ １ 卵石土 、 土、 Ｑ ｌ ｐ） 砂 含 碎石粉 质粘土 、 漂石土 ； 下伏二叠 系中统栖霞组茅 口组 （ ２ ｍ） Ｐ ｑ＋ 灰岩。拟研究 的桩基 础为 朵冲特 大桥 ６号
础采用 Ｃ ０混凝 土 ， ３ 力学性质参数具体见表 ２ 。
＾Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ 一 ～ 一 一 一 ～
混凝土的干缩是残余应变的主要 因素 。浙江大学俞 亚 南 对粗短人工挖 孑 嵌 岩桩 承 载性状 实 测数据 进行 Ｌ 的分析表明 ： 当桩身通过的地层条件较好 时， 粗短桩也
！ ！ ． 蟹 尊 守
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一‘ 单竿 巨
一
径 比的增大而增大 。
现场实测对 于嵌 岩桩 承载 特性研 究 虽然是 一 种 较 好手段 ， 但其测 试过程 往往受 到诸 如施 工条件 、 时 间、 人力和外界等诸 多因素 的限制 ， 因此 ， 本文 以贵 州 朵 冲特大桥嵌岩桩 工程为依 托 ， 过数值模 拟手段 探 通 讨 复杂地层下大直径超长嵌岩桩承载特性。 ’
预应力管桩PPT课件
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1.预应力管桩简介
2.管桩类型
3.抗拔桩的构造要求
4.管桩的防水节点
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1
1.预应力管桩简介
预应力混凝土管桩
是采用先张法预应 力工艺和离心成型 方法制成的一种空 心圆柱型预制预应 力高强混凝土管桩, 近年来被广泛应用 于工业与民用建筑 基础, 具有施工速度 快、桩身质量有保 证、单桩承载力高、 能适应锤击沉桩施 工工艺等优点。
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4.管桩防水节点
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探讨：关于管桩弯锚钢筋的长度和角度
因为管桩在抗震设计时考虑地震横波和面波的作用， 在管桩端部和承台连接节点处承受竖向剪力和水平剪 应力。为了增强管桩和承台的整体性并能承受来自地 震波的水平和竖向的剪应力，从构造上设置了锚固钢 筋，其长度和弯锚角度经过设计计算，满足设计要求。
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2.管桩类型
承压桩 • 例：叠院复合地基 • 不设端桩锚固筋
抗拔桩 • 例：高层桩基础 • 设置桩端锚固筋，并 应增强端板连接
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3.抗拔管桩与承台连接详图
a
因抗拔桩在抗震设计 中承受来自于地下的 横波和面波，在和基 础承台连接时必须设 置抗震锚固钢筋，其 锚固长度为抗震锚固 长度
锚固钢筋弯折一定 角度主要用于抗剪 并且增强管桩和承 台的连接。弯折角 度>75°，这个角 度是满足设计要求。
加固钢管桩大吨位预应力封桩结构施工工法
加固钢管桩大吨位预应力封桩结构施工工法一、前言加固钢管桩大吨位预应力封桩结构施工工法是一种钢筋混凝土桩施工工法，通过在桩身内布置预应力钢束，采用加固措施，提高桩的承载力和抗震能力。
本文将对该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例进行详细介绍。
二、工法特点1. 提高桩基的承载力：通过在桩身内布置预应力钢束，可以增加桩的受压区面积，提高桩基的承载力。
2. 增强桩的抗震能力：预应力钢束的作用可以提高桩的抗震能力，使其在地震等外力作用下不易产生破坏。
3. 施工工艺简单：工法采用预设施工工艺，操作简单易行，不需要复杂的施工设备和技术。
4. 施工周期短：工法高效快速，施工周期较短，可以节省施工时间和成本。
5. 适应性强：工法适用于各种地质条件和工程规模，具有广泛的适应范围。
三、适应范围该工法适用于以下情况：1. 大吨位建筑物基础：适用于大型建筑物的基础加固，如高层建筑、大型厂房等。
2. 地质条件较差的区域：适用于地基土层较松软、承载力较低、地震烈度较高的地区。
3. 抗震要求高的工程：适用于对地震要求较高的工程，如核电站、电力设施等。
4. 预应力桩的加固：适用于现有桩基的加固，提高桩的承载力和抗震能力。
四、工艺原理加固钢管桩大吨位预应力封桩结构施工工法的工艺原理主要有以下几个方面：1. 预应力效应：通过预应力钢束的作用，使桩基产生压应力，增加桩的承载力。
2. 钢管桩加固：在钢管桩内布置预应力钢束，通过拉力传递和受压区的形成来增加桩的承载力。
3. 封桩结构设计：通过封闭钢管桩顶部和底部，形成密闭结构，提高桩基的抗侧移、抗震能力。
五、施工工艺 1. 开挖坑底：按设计要求开挖桩基坑底部，清理坑底杂物和泥土。
2. 钢管桩安装：将钢管桩逐节安装至设计标高，采用振动或冲击方式将桩管沉入地下，确保垂直度和整体性。
3. 钢筋布置：在钢管桩内布置预应力钢束，并固定好钢束的位置。
预应力混凝土管桩桩土相互作用的有限元分析
第26卷增刊 岩 土 力 学 V ol.26 Supp. 2005年5月 Rock and Soil Mechanics May 2005收到修改稿日期：2005-01-05作者简介：律文田，男，1976年生，博士研究生，主要从事岩土工程方面的研究。
E-mail: lvt_1115@文章编号：1000－7598－(2005)增刊－154－05预应力混凝土管桩桩土相互作用的有限元分析律文田，王永和，冷伍明（中南大学 土木建筑学院，长沙 410075）摘 要：以软土地区某桥梁基桩动载试验为背景，采用有限单元法对桩土动力相互作用进行了分析。
采用等效线性模型模拟了土体材料的非线性，并考虑桩的材料阻尼以及桩土接触界面处状态非线性对动力响应的影响，并分析了桩的材料参数和土的参数对桩顶动位移的影响。
分析表明，基桩弹性模量和材料阻尼对桩顶动位移有一定的影响，但基桩材料阻尼的影响很小，桩顶位移随桩侧土压缩模量和阻尼的增大而减小。
关 键 词：有限单元法；材料阻尼；位移；压缩模量 中图分类号：TB 115 文献标识码：AFinite element analysis of interaction of pre stressed concrete pipe pile and soilLV Wen-tian, WANG Yong-he, LENG Wu-ming(School of Civil and Architectural Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)Abstract ：Based on the dynamic test of the pile in soft soil area, the interaction of pile and soil is analyzed by finite element method. Commonly used equivalent linear model is chosen to consider the nonlinerity of soil, material damping of pile is considered and the changing-status nonlinearity of soil-structure interface is considered by contact element. Parameters of pile and soil influenced on pile’s displacement were analyzed. The results show, there is some influences on pile top’s displacement as a result of a change of pile’s modulus of elasticity and material damping; and the pile’s displacement become smaller with the pile’s modulus of compressibility and material damping increasing.Key words: finite element method; material damping; displacement; modulus of compressibility1 引 言桩基础在公路和铁路桥梁、港口码头、动力机械基础、高层大跨建筑工程中应用非常广泛，能较好地适应复杂地质条件以及各种荷载情况，特别是在软弱地基上采用得较多。
预应力管桩(详细完整版)
预应力管桩预应力管桩是一种常用的地基加固技术，用于在土壤中形成承载桩基。
一、设计和准备：1．根据工程需求进行预应力管桩设计，并确定桩身的直径、长度和布置方式等参数。
2．准备工程所需的材料和设备，包括钢管、预应力锚具、张拉设备、混凝土和辅助设备等。
二、桩基准备：1．根据设计要求在施工现场标记和测量桩基位置。
2．使用钻机或挖掘机等设备，在桩基位置上开挖孔洞，并按照设计要求清理孔底。
3．检查孔洞的直径和深度是否符合设计要求。
三、管道安装：1．将预应力钢管逐节沿着孔洞的轴线安装到孔洞中，确保每节管道之间的连接牢固。
可以通过焊接或者螺纹联结等方式进行连接。
2．对管道进行垂直度、弯曲度和偏心度等质量检查，确保满足设计要求。
四、钢筋布置：1．在管道内部安装预应力钢筋，以增加管桩的强度和刚性。
2．预应力钢筋的布置要符合设计要求，并注意保护层的厚度、间距和连接方式等。
五、混凝土浇筑：1．在管道的上部留有一定的预留高度，用于接受后续的混凝土浇筑。
2．在管道的顶部设置导管，以便后续张拉施工时钢束的引入。
3．采用随桩同浇或者倒桩式浇筑，将混凝土逐层浇筑到管道内，注意振捣和密实混凝土，确保浇筑质量。
六、钢束张拉：1．在混凝土凝固后，进行钢束的张拉工作。
2．通过导管引入张拉机，将预应力钢束连接到预应力锚具上，并逐渐施加张拉力。
3．控制张拉力的大小和施加速度，确保张拉过程的稳定性和质量。
七、锚固处理：1．当达到设计要求的张拉力后，将预应力钢束与预应力锚具连接，并进行锚固。
2．锚固方式可以采用膨胀式锚固、粘结式锚固或机械式锚固等，根据设计要求和实际情况选择合适的方式。
八、施工验收与监测：1．对预应力管桩进行质量检查和验收。
2．监测管桩的张拉力、变形、位移等参数，并与设计要求进行比较。
3．编制相关的施工报告和检测报告，确保预应力管桩符合工程要求。
需要注意的是，预应力管桩施工属于专业技术工艺，建议由具备相关经验和资质的专业施工队伍进行，并遵循相关的设计规范和施工规程。
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预应力大直径管桩的构造及有限元分析
预应力大直径管桩，是在混凝土管桩的桩底铆接一段钢管桩（钢桩靴）（图1），使钢管桩与混凝土管桩之间相互传递轴向力（拉应力和压应力）、剪力和弯矩。
混凝土管桩与钢管桩的组合桩是一种新桩型，铆接的钢管桩长度按需要确定，一般为0.5m~14m。
一般情况下，钢管桩通过螺栓与大管桩牢固连接，达到两种桩连接处具备传递外力和内力的条件。
本文选取某工程为研究对象，对预应力大直径管桩进行了有限元分析计算，确保了桩的承载力。
图1 预应力大直径管桩结构示意图
1.有限元模型的建立
计算选用SAP2000有限元分析软件对组合桩进行有限元分析计算。
SAP2000是由美国Computers and Structures Inc.（CSI）公司开发研制的通用结构分析与设计软件。
SAP2000已有近四十年的发展历史，是美国乃至全球公认的结构分析计算程序，在世界范围内广泛应用。
在计算时将管桩壁定义为壳单元，选用厚板公式进行分析计算。
模型形状及网格划分图，材料定义示意图如图2、图3所示。
本模型共有849个节点，816个面单元和16个实体单元。
总桩长50m，其中上部大管桩部分长35m，直径为Φ1200；下部钢管桩部分长15m，直径为Φ946mm。
由于桩底没有伸入基岩，故将桩底视为铰支。
在考虑桩周围土体作用时，在桩周围加正交的水平弹簧，并按m法计算弹簧刚度系数。
SAP2000提供了面弹簧的指定功能，对于桩体在土体以下部分的壳单元进行了面弹簧的指定，以此来模拟桩土的相互作用。
计算选择桩底高程-46.70m，桩顶高程3.3m。
各土层物理力学性质指标及设计参数建议值如表1所示。
表1 物理力学性质指标及设计参数建议值统计表（码头MA区段）
根据K=m×b1×h×Z得出各个深度处的水平地基反力系数如表2所示。
表2 水平地基反力系数
图2 网格划分图图3 材料定义示意图
根据m法计算得出水平地基反力系数后，在SAP2000中进行面弹簧参数的指定，面弹簧指定示意图如图4所示。
从真实的单元形式来讲，土体是一种非常复杂的非线性单元形式，在SAP2000中，基于目前的功能，可以使用线性弹簧或非线性（多线性连接单元）连接单元考虑。
本工程选用弹簧来模拟桩土之间的相互作用，弹簧单元没有质量，6个方向的刚度也可以耦合，使用只具有单方向刚度的点弹簧来模拟桩土作用。
图4 面弹簧定义示意图
2 各种工况下的有限元分析
2.1 波浪荷载作用下的承载力分析
SAP2000提供了专门的波浪荷载工况，在波浪荷载作用下的桩体变形图如图5所示，内力图如图6所示。
桩顶端的水平位移为198mm，控制在设计要求的范围内。
由内力图可见，桩体内部的应力在材料的极限应力范围之内，是安全的。
图5 在波浪荷载作用下变形图6 在波浪荷载作用下内力图
2.2 大管桩的抗震性能分析
SAP2000程序提供反应谱工况分析，程序将自动将荷载施加到结构上，并且自动参与荷载组合。
分析所得的前三阶阵型如图7所示，应力图如图8～图10所示。
表3 各阶自振参数
图7 前三阶阵型变形示意图
图8 一阶振型内力图
图9 二阶振型应力图
图10 三阶振型应力图
中国规范中的底部剪力法在SAP2000中可以通过QUAKE类型的荷载工况来实现。
各个参数的定义如图11所示。
图11 地震荷载参数定义
底部剪力法的技术方法采用抗震规范5.2水平地震作用计算和5.3竖向地震作用计算的相关条目。
如果结构需要采用底部剪力法计算地震作用时，应该定义自动地震荷载工况；如果结构需要采用反应谱法计算地震作用时，则不需要定义自动地震荷载工况。
对于底部剪力法地震工况，由于一个工况对应一个方向的地震力，所以对于考虑多个方向地震力的情况，工程师需要分别定义多个方向的地震荷载工况。
底部剪力法可以考虑X方向、Y方向或Z方向地震作用以及偶然偏心。
由底部剪力法所得的应力图可知，桩体内部的应力在材料的极限应力范围之内，是安全的。
将底部剪力法应力图和反应谱分析三阶阵型应力图进行对比发现，二者的计算结果基本吻合，确保了计算结果的正确性和可信度。
图12 底部剪力法计算所得应力图
3 结论及建议
论文选取某工程为研究对象，建立了相应的预应力大直径管桩的数值模型，计算了该工程条件下单桩抗压承载力、波浪荷载作用下的承载力以及抗震性。
通过底部剪力法应力图和反应谱分析三阶阵型应力图进行对比发现，二者的计算结果基本吻合，确保了计算结果的正确性和可信度。
计算结果显示，预应力大直径管桩不仅兼顾了普通管桩和钢管桩的优点，更具有较强的承载力，满足了桩的抗拉要求，增加了桩使用期的稳定性。