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往事回顾 | 纪念岩土工程先驱Bengt Broms教授 (1928-2023)

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文章摘要

瑞典岩土工程专家Bengt Baltzar Broms于2023年12月逝世,享年95岁。Broms教授在岩土工程领域有着深远的影响,特别是在横向载荷下桩分析的经验方法方面。他在查尔姆斯理工学院获得工学学士学位,后在美国伊利诺伊大学获得硕士和博士学位,并在壳牌开发公司、康奈尔大学、瑞典岩土工程研究所和南洋理工大学担任重要职位。Broms教授的研究涉及桩基设计、土工织物加固土、地层改良方法等,并对国际岩土工程界提供了卓越服务。他提出的横向载荷下桩分析方法至今仍被广泛使用,该方法通过Excel表格程序简化了桩基设计的计算过程,并可快速得出可靠结果。Broms教授的贡献被广泛记载在岩土工程的文献中,他的工作将继续影响未来的工程实践。

1. 引言

瑞典工程师和教授Bengt Baltzar Broms,1928年6月17日出生于瑞典厄勒布鲁(Örebro),2023年12月3日逝世于斯德哥尔摩 ,享年95岁。鉴于Dr. Broms的研究成果在某一段时间内极大地影响着我的工作,因此特写本文纪念这位岩土工程的先驱。

2. 生平简介

Dr. Broms于1952年获得瑞典哥德堡查尔姆斯理工学院(Chalmers Institute of Technology)的工学学士学位,随后在美国伊利诺伊大学厄巴纳分校(University of Illinois, Urbana)继续深造,分别于1954年和1956年获得硕士和博士学位。他论文的主要研究方向是结构工程,但他受益于已故R.B. Peck 教授的指导和建议,将兴趣转向土力学。

1956年至1959年,Dr. Broms受聘于休斯顿的壳牌(Shell)开发公司担任研究工程师。1959 年,他在康奈尔大学(Cornell University)担任副教授。1964 年,他回到瑞典,担任斯德哥尔摩瑞典岩土工程研究所(SGI)所长。1974年至1982年,他在斯德哥尔摩皇家理工学院(KTH)担任岩土力学教授。1983 年,他加入新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University),担任岩土工程和勘测系教授兼系主任,直至1995年底退休。

Dr. Broms是瑞典工程科学院院士和英国皇家工程科学院院士,他开创了横向加载桩设计、负表面摩擦力对桩基的影响、打桩引起的地面移动以及应用应力波测量进行桩基设计等方面的研究。他研究了夯实对侧向土压力的影响、振动夯实方法的应用、石灰柱对软粘土的改良、土工织物加固土以及分析和监测软粘土和敏感性粘土上的边坡和路堤的现场方法,对石灰-水泥柱和振动压实土等不同地层改良方法的设计和应用做出了重要贡献。

Dr. Broms积极为国际岩土工程界服务,担任过国际土力学和地基基础工程学会(ISSMFE)欧洲副主席(1977-1981)和主席(1985-1989)。

3. Broms桩分析方法

Dr. Broms一生众多的贡献中,最为闪亮的是他提出的横向载荷下桩分析的经验方法。横向载荷下桩受力和变形的系统研究起源于海洋工程,最初主要是为石油钻井平台设计而进行的。Dr. Broms于1956年至1959年在Shell工作期间,担任其海上项目的研究工程师,在横向加载桩方面进行了开创性的工作,发表了后来极大影响横向载荷下桩基础设计方法的论文:
Broms, B (1961) The lateral resistance of piles in cohesive soils. Journal of Soil Mechanics Division., ASCE, Vol. 90, SM2, March, pp.27-63.
过去有段时间我专门为油气工业作岩土工程分析和土木设计,其中一项任务是需要进行钢管桩在横向载荷作用下的受力和变形分析,使用的方法受到了Dr. Broms这篇论文的影响,这也是我写这篇纪念文章最主要的原因。根据这篇论文的思路,编写了一个Excel表格程序<Simplified Laterally Loaded Pile Analysis>适用条件为普通的粘土或砂,没有测试过软土地层。在初步设计或者地层不太复杂的情况下,这种经验方法能够给出相对可靠的解答,可以快速计算出桩的水平变形(水平偏移量)、转动点的深度、最大惯量以及桩的破坏深度。这些算法在粘土/砂土地层中桩长10m以内的钢管桩设计中作了大量工程验证。
Broms方法
这个EXCEL的基本假设如下:
(a) 要评估桩的行为模式,必须确定桩与土的相对刚度。
(b) 采用Broms方法时,桩的横向承载力应受 6mm或更小的挠度标准限制。要确定侧向荷载,应使用Broms编制的图表。使用该图表需要计算无量纲长度和无量纲侧向挠度。这些表达式仅适用于粘性土。
(c) 如果自由头桩的无量纲长度小于2.25,固定头桩的无量纲长度小于1.5,则该桩被视为刚性短桩。
(d)  对于无量纲长度小于2.25的短刚性桩而言,承受水平荷载的桩在地表以下约 1/2-3/4长度处的土中旋转。因此,没有任何一点可以假定桩在土中保持刚性。对于长桩来说,当在地表以下 (f+1.5D) 的深度形成塑性铰链时,桩就会发生破坏。
此外,在同一时期也基于NAVFAC-DM7【土力学设计手册---NAVFAC DM 7.1 Soil Mechanics 2022版重大更新】建议的经验公式写了一个计算水平偏移量的小程序,这种方法类似于Broms的算法,如下图所示。
NAVFAC-DM7方法
在这两个经验算法的基础之上,使用LPile进行验证,最终完成桩设计。

4. 参考

K. Rainer Massarsch, Bengt H. Fellenius, Robert D. Holtz (2024) Obituary: Professor Bengt B. Broms. 
来源:计算岩土力学
Marc振动油气岩土海洋
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-03-26
最近编辑:2月前
计算岩土力学
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