超长桩荷载-沉降曲线拟合分析.pdfVIP

超长桩荷栽一沉降曲线拟合分析 超长桩荷载一沉降曲线拟合分析 姜英波1刘发文2方鹏飞1 (1浙江大学宁波理工学院，宁波315100；2黑龙江地矿局勘察一院，157011) 摘 要虽然超长桩教大量使用．但至今超长桩的荷载传递机理研究和超长桩的实测资料都十分缺乏。本文利用荷载传 递法。考虑弹塑性荷载传递函数和混凝土的Kent—Park本构模型，对超长桩的承载特性进行数值拟台分析。针对分析过程 中土性参数难以选择的』可题，对某一具体工程采用反分析法求出土性计算参数。同时利用这些参数得到超长桩的Q—s曲 线及桩身轴力分布。计算结果与实测结果吻合较好．表明浚方法是切实可行的。 一、鄹 吾 单桩的荷载一沉降曲线是桩、土体系荷载传递、桩侧摩阻力和桩端阻力发挥性状的综合反 应。由于桩一土系统的相互作用过程是非常复杂的非线性力学系统，在实际工程中对桩基的 设计仍处于半理论半经验状态【11。 近年来，随超高层建筑的迅猛增多，超长桩的使用日益频繁。许多理论研究与实测结果表 明L2n”，超长桩为纯摩擦桩或端承摩擦桩；超长桩承载力充分发挥所需桩顶沉降较大，其荷 载一沉降曲线具有缓变型。在实际工程中，一般很难用单纯的静载试验来确定超长桩的极限 承载力，究其原因主要是经济条件的限制，试桩一般采用工程桩，荷载仅加到桩设计荷载的两 倍即停止试验，而不是加载到桩破坏(极限荷载)。实际工作中一般采用现场测试和计算机模 拟分析等手段对超长桩承载性状展开研究。 目前，计算桩荷载一沉降曲线的方法主要包括：(1)荷载传递法；(2)弹性理论法；(3)剪切 变形法；(4)其他方法。荷载传递法以其力学概念清楚，计算简便等特点，在工程上应用非常广 泛L1J。根据现有超长桩桩身荷载传递的实测结果进行反分析，得出桩、土力学特性参数．可以 利用这些参数预测类似场地中不同桩径、不同桩长的单桩承载性状。 二、桩土系统模型 将桩土系统沿深度分成一系列单元，桩、土之间用非线性弹簧联系，桩端处土也用非线性 弹簧与桩端联系。桩侧摩阻力与位移的关系、桩端阻力与位移关系分别用理想弹塑性和双折 线荷载传递函数近似表示，见图1所示。 图中，x为桩侧土弹性极限位移“L前对应的弹性抗剪刚度系数；kI、^2为桩端土弹性极 限位移机前、后对应的抗剪刚度系数。 研究发现，桩身混凝土在小荷载作用下是弹性的，而在大荷载作用下会产生塑性变形，符 合弹塑性模型的特点。超长桩作为一种置于深层土中的结构物，由于箍筋和主筋的横向约束 以及桩侧土的横向约束使桩身混凝土三向受压，所以桩在大荷载作用下具有柱状混凝土的弹 塑性性质。本文采用较实用的经验本构关系Kent—Park模型[4】。假设约束混凝土的抗压强 31 土力学厦岩土工程新进展 浙江·宁波2004 图1桩、土体系的简化力学模型 度和峰值应变都与素混凝土相等，上升段曲线也相同，采用Hognestad的二次式 a=，c[z舌一(别 混凝土的弹性模量为 Ep_磊da=等(1叫 三、荷载一沉降曲线的计算拟合方法 求解超长桩的荷载一沉降曲线的具体步骤为： (1)将桩划分为n个单元。 ． (2)先假定桩端处单元H底面产生位移sb，根据Qb～Sb关系可得出Qb值。 相应的桩侧摩阻力％值。 (4)求第n单元顶面处轴向力Q。一l=Qb-I-l-nUAI。 量E。。再代人上述方程计算AS，直至两步计算得到的△s差值小于一个非常小的量。可得到 △s值和E。值。 (6)校核求得的S7。值与假定值是否相差一非常小量，若不符，重新假定S7。值，直到计 算值与假定值差值小于一个非常小量为止，可求得Qb，Q。一l，S7。和“值。 移So和荷载Qo。 重新假定不同的桩端位移，重复(2)～(7)步骤，可求得一系列相应的Q(=)分布图，同时