组合荷载作用下摩擦型单桩承载特性数值分析

发布时间：2019-11-13 15:12

【摘要】：组合荷载作用下单桩的承载机理较复杂,目前做法是假设各荷载分量之间无影响,按小变形迭加原理设计组合荷载基桩,这与基桩的实际受力情况不完全相符,有必要进一步研究组合荷载桩承载特性。本文采用有限元方法结合既有试验数据,分析研究组合荷载摩擦型单桩承载特性。主要研究工作及结论如下： (1)基于试验实测成果,通过反演分析调整有限元模型参数,从而使得有限元模拟结果与实测结果较为吻合。 (2)基于以上有限元模型,探讨了摩擦型单桩承载力与桩土摩擦系数、桩土刚度比、桩径、长径比、砂土内摩擦角等影响因素之间的关系,结果表明：单桩竖向极限承载力随着桩土间摩擦系数的增加近似呈线性分布增长；桩土刚度比较小(即桩周土体的弹性模量过大)时,水平承载力从由土体强度控制转为由桩身的抗弯强度控制；大直桩径有利于提高桩基的承载能力；在一定范围内增加长径比可以提高单桩竖向承载力,而水平承载力基本没有影响；桩顶水平位移随着砂土内摩擦角的增长而减少(近似呈二次曲线分布)。模拟分析结果与某些试验结果趋势较为一致。 (3)研究加载顺序对单桩变形特性的影响,设计五种加载方案进行分析,分析表明：先施加水平荷载后再施加竖向荷载,增加的竖向荷载会使桩顶侧移量增加；而先作用的水平荷载能减少桩顶竖向沉降量。相反,先施加竖向荷载再施加水平荷载,后施加的水平荷载能使桩顶沉降量增加。 (4)分析组合荷载作用单桩极限承载力规律及其包络图特性,联合使用swipe和固定位移比方法加载,分别探讨了V-H、V-M、H-M荷载空间单桩极限承载力包络图,并与已有结论进行对比分析。分析表明：V-H加载面极限承载力包络图存在一特征屈服点；H-M加载面极限承载力包络图形状与已有结果相似；V-M加载面极限承载力包络图与已有成果吻合良好,在此基础上进一步分析了不同桩径对单桩V-M荷载空间极限承载力包络图的影响,结果显示：桩径尺寸对单桩V-M荷载空间极限承载力包络图的形状无影响,只影响其大小。 (5)探讨V-H-M荷载空间单桩极限承载力包络图特性,使用荷载-固定位移比控制算法加载,计算其包络图并进行分析,分析表明：不同竖向荷载V作用下,单桩H-M荷载空间极限承载力包络图大小形状均不发生改变；不同弯矩M作用下,单桩V-H荷载空间极限承载力包络图形状相似,大小不同,随弯矩增加该包络图逐渐缩小。
【图文】：

曲线,桩侧阻力,桩端,变化关系

不再增加了，这时a曲线趋于水平，而此时桩顶不断施加的荷载全部由桩端承载力&持续增大来负担，直到桩破坏。此时达到最大值0p?。0,/?是一个变值⑴，如图2-1所示。基桩的破坏模式与很多因素有关，比如桩周土的抗剪强度，再比如桩的尺寸，还和桩端支承情况和桩的类型等条件有关。基于桩基破坏模式的复杂性，对基桩进行计算分析时，需要针对不同的破坏形式使用不同的方法求解。竖向荷载作用下基桩的破坏模式简图如图2-2所示[59]: (1)失稳破坏，柱底支承在坚硬的岩层或土层上，桩周土很软弱，桩身缺少约束或无足够侧向抗力的时候，承受竖向荷载作用的基桩就像一根细长压杆一9

竖向荷载,基桩,整体剪切破坏,刺入

样会出现失稳破坏，这种时候基桩的荷载-位移曲线为睦降型曲线，表现出明确的破坏荷载，如图2-2(a)所示；（2)整体剪切破坏模式。桩本身具有足够的强度同时桩的长度不大，，当桩周土体抗剪强度较低而桩下土层为坚硬持力层时，这种情况下基桩在承担竖向荷载作用时，桩下土体先形成滑动面，然后发生整体剪切破坏。基桩破坏模式为整体剪切破坏时，桩顶竖向位移通常不大，此时桩侧摩阻力发挥不完全，桩端阻力承担了大部分荷载。荷载-沉降曲线为陆降型，存在明显的破坏特征，如图2-2(b)所示。（3)刺入破坏模式，基桩埋置深度比较深或桩周土体抗剪强度较均匀时，受竖向荷载的基桩往往产生刺入破坏，见图2-2(c)，这种情况下桩侧摩阻力承受了大部分的桩顶荷载，柱顶竖向位移值也比较大。刺入破坏可以分为两种破坏模式：①一是当桩周土体抗剪强度比较小时
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU473.1

【参考文献】