大口径钢管斜桩竖向承载特性数值模拟与现场试验研究

发布时间：2019-11-23 10:45

【摘要】：目前对倾斜桩现场试验的研究比较少。结合东海大桥风电场二期项目,对40#和41#风机桩位处的4根(2根直桩,2根倾斜桩)试桩用自平衡法进行了竖向承载力现场试验。在试验之前运用有限元软件ABAQUS在合理建模及选取土体参数的条件下对直桩及倾斜桩进行了前期分析,计算结果与后期试验结果接近,将计算及试桩结果进行了分析对比得到:(1)在该工程场地条件下,有限元计算及试验结果均表明斜桩(倾角12°)的竖向极限承载力小于直桩的竖向极限承载力;(2)有限元结果表明,倾斜桩在轴向荷载的作用下,背斜侧土体的沉降值及沉降范围要明显大于向斜侧;(3)试验表明,有限元分析及土体参数的取值是比较合理的,可以为类似工程前期分析提供参考;(4)试验结果表明,2根直桩的极限承载力小于设计值,2根斜桩的极限承载力大于设计值,2根斜桩的桩端阻力所占比例高于2根直桩,桩侧阻力所占比例低于2根直桩。
【图文】：

型（见图2、3）。土体模型为半径30m，高100m的圆柱体，钢管桩模型为实体模型，网格划分过程中对桩体及桩周10m范围内的土体网格进行了加密处理。3.2计算参数钢管桩采用线弹性模型，弹性模量取205GPa，土体均采用以摩尔-库仑屈服条件为破坏准则的理想弹塑性模型。土体与桩体间的接触采用面面接触模型，按照不同土层分别建立接触面。接触属性中限制法向和切向刚度，法向刚度采用硬接触，并选定允许接触后分离。切向刚度选用罚函数，摩擦系数按照不同的土层并结合试算经验值取值。在模拟(a)试桩平面图(b)现场照片图140#(41#)试桩平面布置图Fig.1#40（#41）testpilefloorplan表1试桩主要参数Table1Mainscalarsofexperimentalpiles试桩编号桩径/mm桩顶标高/m桩底标高/m桩长/m设计抗压加载值/kN设计抗拔加载值/kN荷载箱位置距桩底向上/m海床冲刷线/m40#-ZZ11700+5.2-80.0085.2038000122002-11.0040#-XZ11700+4.4-80.1185.9027000122002-11.0041#-ZZ21700+5.2-80.0085.2038000122002-11.0641#-XZ21700+4.4-80.1185.9027000122002-11.06上段壁厚30mm，下段壁厚25mm工程桩兼试桩XZ1(XZ2)工程桩兼作锚桩1700钢管桩(基准桩)1700钢管桩(试桩)试桩(高程示意)斜率5.5:1(余同)(2.20m)(5.20m)(4.40m)(4.40m)(5.20m)(4.40m)(4.40m)(4.40m)(2.20m)ZZ1(ZZ2)斜桩试桩

cipalstratalayers土层编号土层名称顶面高程/m预估侧阻力/kPa预估端阻力/kPa抗拔承载力系数重度/(kN/m340)#41#海床面-11.00-11.06①淤泥-12.40-12.76017.0④淤泥质黏性土-19.20-18.66150.5016.5⑤1黏土-24.10-22.76200.6017.7⑤3粉质黏土-33.80350.6019.5⑤4灰绿色粉质黏土-36.70450.6019.7⑦1-2砂质粉土、粉砂-44.00-45.76650.4519.3⑦2-1粉细砂-63.00-63.069055000.4519.5⑦2-2粉细砂-82.80-81.0611070000.4519.8⑨含砾粉细砂-89.60-96.0612090000.5020.8图2直桩三维模型Fig.23Dmodelofverticalpile图3倾斜桩三维模型Fig.33Dmodelofbatteredpile过程中对实际土层进行了适当简化，土体参数的取值主要依据地勘报告，部分参数结合了经验公式，取值如表3所示。表3土层计算参数Table3Parametersofsoillayer土层H/mc/kPa/(°)Es/MPaE/MPa淤泥8.285512淤泥质黏性土4.9129715黏土9.72725820粉质黏土10.248221535粉细砂38.88322556含砾粉细砂28.210343475注：H为土层厚度；c为黏聚力；为内摩擦角；Es为压缩模量；E为弹性模量。模拟过程中荷载为轴向加载。荷载取值：直桩模型总荷载为38000kN，荷载共分11级，前3级每级加载5000kN，第1级荷载为5000kN分2步（5004500）来施加，第1步施加500kN，目的是为了桩体与土体之间的接触能够平稳地建立，第2步再施加4500kN。最后一级加载为2000kN，中间每级加载为3000kN。斜桩模型荷载分级方法与直桩类似，，具体数值见表4。表4荷载分级Table4Loadclassification类型总荷载Q/kN级数加载/kN直桩3800011500+4500+2×5000+7×3000+2000斜桩2700010500+4500+2×5000+7×20003.3计算?

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