PTC管桩复合地基应力扩散效应研究

发布时间：2020-01-22 12:58

【摘要】：预应力混凝土薄壁(PTC)管桩复合地基作为常见的基础型式在软土地区具有良好的实用价值和应用前景。在实际工程中,复合地基下卧层附加应力的确定一直是重点和难点,因此对PTC管桩复合地基应力扩散效应的研究具有十分重要的意义。针对天津软土地区进行了3组不同垫层厚度的复合地基现场静载试验,基于现场试验建立并验证了数值模拟方法,对比研究了该型式复合地基的承载特性;通过已建立的数值模拟方法研究了不同工况下PTC管桩复合地基的应力扩散现象,结合复合地基应力扩散理论确定了扩散角的取值范围,分析了土质、加固深度和外荷载对扩散角的影响规律。计算结果可为工程设计提供依据。
【图文】：

ettlement垫层类型试验编号承载力/kPa沉降量/mm桩帽+无垫层124512.0227016.0桩帽+30cm垫层325612.0427013.7桩帽+60cm垫层525112.0625912.03数值模拟3.1现场试验的数值模拟为进一步对复合地基中应力扩散问题进行研究，以现场试验结果为校核标准，运用通用有限元软件ABAQUS建立数值模拟模型并进行数值模拟分析。为减小边界效应影响，模拟土体选取为半径为8m，高度为54m的圆柱体，管桩、桩帽及荷载板均按现场试验尺寸选取，模型中将正方形荷载板及桩帽简化成等面积圆形以利于网格划分，数值模型见图3。图3数值模型图Fig.3Finiteelementmodelusedinanalyses该数值模拟模型的难点在于碎石垫层本构模型和参数的选龋结合学者们的成果和现场试验[10－13]，确定选用Mohr-Coulomb本构进行模拟，取其弹性模量为100MPa，泊松比为0.22。桩土之间的接触为切向摩擦接触，法向硬接触、摩擦系数选取为0.4。其余土体物理力学参数见表2；PTC管桩取混凝土参数，桩帽和荷载板板采用钢材的材料属性，见表4。表4数值模拟模型材料参数Table4ParametersofsoilsinFEMsimulation材料密度/(kg/m3)弹性模量/MPa泊松比钢68502100000.250混凝土24503600.167模型建立完成后，按照现场试验步骤在荷载板上施加相应荷载，提取荷载板荷载-位移曲线，并与实测值比较，如图4所示。由图4可知，试验3实测极限荷载值为256kPa，对应沉降为12mm，模拟极限荷载值为260kPa，对应沉降为33mm；试验5实测极限荷载值为251kPa，对应沉降为12mm，模拟极限荷载值为255kPa，对应沉降为23mm。数值模拟得到极限荷载与实测值较为接近，与实测曲线能够较好吻合，说明该方法能够较好地模拟试验。与实测值相比，模拟值极限荷载对应沉降较大，分

垫层厚度H、加固深度h、相对刚度即桩间距d等。为了系统地确定应力扩散角的取值，并找到影响扩散角的特征参数，建立扩散角的相关计算关系，本文采用单一变量法设计了研究方案，研究方案见表5。表5试验方案Table5Experimentsschemes方案H/cmd/mh/m方案H/cmd/mh/m101.298202.012201.2129401.212301.21810401.612401.61211402.012502.01212601.2126201.21213601.6127201.61214602.012通过数值模拟方法完成该研究方案，运用3.1节中验证的建模方法建立单排复合桩基计算模型，每排均为12根PTC管桩。具体模型见图6。图6数值模型图Fig.6Finiteelementmodelusedinanalyses为消除边界效应，选取长度为160m，深度为54m，厚度为1倍桩间距的单一土层长方体土体进行计算。桩帽和管桩均为线弹性理想本构模型，桩帽为钢材材质，管桩为混凝土材质，物理力学参数见表2。土体采用Mohr-Coulomb模型，密度均为2000kg/m3，为研究不同土体的扩散角，选取不同土质进行计算，，土体参数见表6。模型建立完成后，在荷载板顶面施加均布压强荷载。3.4应力扩散角取值计算完成后，分别提取荷载为0、50、100、150及200kPa时下卧层土体应力。不同时刻应力与荷载为0时刻的差值，即为下卧层的附加应力。将该PbββP加固区下卧层ZhB-60-50-40-30-20-10004080120160200240280320360荷载/kPa降沉m/试验3模拟值试验3实测值试验5模拟值试验5实测值桩帽管桩

【参考文献】

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