超长桩荷载沉降曲线拟合分析研究.pdf

超长桩荷载一沉降曲线拟合分析 方鹏飞1何敏斐2 (1．淅江大学宁渡理工学院宁浙江歌山建设集团有限公司杭州 31000) 【摘要】虽然趣长植被大量使用，但至夸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，对超长桂的承载特性进行数值拟合分析。针对分 析过程中土性参数难以选择的问题，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．表嬲该方法是切实可行的。 【关键词】超长桩；荷载传递；拟合分析；静载试验 1前言 单桩的荷载一沉降衄线是桩、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Cu。 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[z][3]，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，荷载仅加列桩设计荷载 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C1]。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。 2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，桩端处土也用菲线 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示。 图中·A为桩侧土弹性极限位移“I前对应的弹性抗剪刚度系数}^1、k2为桩端土弹性极 限位移‰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mT会产生握性变形， 110 一垃二 护，c[2者 混凝土的弹性模量为Fp=塞一等(1一e)。 3荷栽一沉降曲线的计算拟舍方法 求解超长桩的荷载·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n底面产生位移sb，根据Qb～sb关系可得出Qb值l (3)假定第“个单元桩中点截面处位移为s：(一般等于sb)，然后根据r—s关系，求得 相应的桩侧摩阻力h值} (4)求第n单元顶面处轴向力Q。一1一Qb+rnu出； (5)第n单元桩桩中央截面处桩的位移s：一sb+△s，△S为n单元下半段桩的弹塑性 压缩量，△s；{((一十(茜)之鼍，磁一垡!∑±；≥￡立f桩身压缩量的计算先根据桩身混凝土 初始弹性模量反来进行藉一吼5△s／△L，再根据混凝土的虚_力应变关系求出混凝土的弹性 横量基；。再代人上进方程计葬△s，鱼至两步计算得狲的△s差值小于一个非常小的量，可 得到AS值和F，值； (6)校核求得的s：值与假定值是否楣差一非常小量．若不符，重新假定式值，直到计算 值与假定值差值夺手一个非常小量为止，可求得Qb，Q‘·，s：和h值， (7)再计算n一1单冤，可同样求得Qn—o，墨一t和rn·1值，依次向上推移。可求得桩顶位 移So和荷载Q。一 重新假定不同韵桩蛐位移，重复步骤(2)～(n，可求碍一系列相应酌Q(￡)分布图，同时 还可得到在某一荷载作用下，某一位置桩身混凝土弹性梗量的变化情况，以及桩身混凝土弹 性模量沿深度的分布情况。最后可得到桩硬的荷载一抗降曲线。 对桩土系统的计算分析表明，各力学参数对荷载一沉降曲线的影响程度是不同的。由于 !II 荷