纵向和横向荷载下微倾单桩变形和内力的弹塑性解
发布时间：2021-01-02 03:36
为提高工程中桩身侧向变形较大时纵向和横向承载单桩的设计及计算水平,考虑桩身初始微倾斜及土体的弹塑性,采用矩阵计算法得到地基水平抗力系数为常数时桩身侧向变形和内力的解及桩身最大位移、最大弯矩及其所在位置的计算方法。研究结果表明:解的计算值与模型试验值较吻合;当桩顶自由时,桩身最大位移、最大弯矩及土体屈服后桩身最大弯矩距地面的距离均随桩身初始倾角的增大而增大;桩身初始微倾斜对桩身侧向响应的影响随纵向荷载的增大而增大;桩身最大位移、最大弯矩及桩身最大弯矩距地面的距离均随纵向荷载的增大而增大,且其变化速率随纵向荷载和桩身初始倾角的增大而增大,因此,土体的弹塑性、纵向荷载及桩身初始微倾斜等对桩身侧向响应的影响不容忽视。
【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2017年07期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
纵、横向荷载下微倾单桩示意图
相对密度ds=2.573，重度γ=19.5kN/m3，液限WL=36.38%，塑限Wp=22.59%，含水量w=24.18%；下卧砂土层厚70cm，土颗粒相对密度ds=2.649，重度γ=14.81kN/m3，不均匀系数Cu=2.55，曲率系数Cc=1.068，最大孔隙比emax=0.9793，最小孔隙比emin=0.6461，孔隙比e=0.8636。自由段无分布荷载。通过实测数据反算出地基水平抗力系数k=4.5×104kN/m3，土体屈服位移*u=1mm。当水平力Qp=26.95N时，实测的、本文解及文献[10]中的解计算出的地面处桩身水平位移与纵向荷载的关系如图2所示。图2地面处桩身水平位移与纵向荷载的关系Fig.2Relationshipbetweenhorizontalpiledisplacementatgroundandverticalload由图2可见：对于地面处桩身水平位移，本文解计算值与实测值基本吻合，从而验证了解和程序的可靠性。另外，由于文献[10]中的解没有考虑土体的弹塑性，虽然在纵向荷载较小时计算值与实测值很接近，但随着纵向荷载的增大，两者之间的差值越来越大，
当仁挡庵翟夹?14.5%。本文解的计算值在不同纵向荷载条件下均与实测值较接近。3影响因素分析为探讨桩身初始微倾斜和纵向荷载等对桩身侧向变形和内力的影响，以某桥梁桩基为例展开分析。桩径为1.8m，地面以上及以下桩长分别为20m和40m，桩身抗弯刚度EI=9.275GN·m2，桩顶、底均自由；地基水平抗力系数k=4×104kN/m3，土体屈服位移*u=1cm。桩身自由段无分布荷载。3.1桩身初始微倾斜的影响纵向荷载Np=10MN，桩身最大位移、最大弯矩及其距离地面的距离在不同的水平荷载下与桩身初始倾角的关系如图3所示。由图3(a)和(b)可见：桩身最大位移和最大弯矩均随桩身初始倾角的增大而增大，且其变化速率随桩顶施加的水平力、力矩及桩身初始倾角的增大而稍有增大；当桩身初始倾角从0rad增大到0.01rad，水平力Qp=0.3MN、力矩Mp=0MN·m时桩身最大位移和最大弯矩分别增加约38.1%和34.9%。由图3(c)可见：随着桩身初始倾角的增大，当土体尚未屈服时，桩身最大弯矩距地面的距离基本不变；上部土体屈服后，桩身最大弯矩距地面的距离增大，且其变化速率随桩顶施加的水平力、力矩及桩身初始倾角的增大而稍有增大。由水平力Qp=0.3MN、力矩Mp=0MN·m对应的曲线可知：当桩身初始倾角从0rad增大到0.01rad时，桩身最大弯矩距离地面的距离从47.5cm增至63.6cm，增幅约为33.9%。因此，桩身初始微倾斜对桩基水平承载性状的影响较大，不容忽视。3.2纵向荷载的影响水平力Qp=300kN、力矩Mp=1MN·m，桩身最大位移、最大弯矩及其距地面的距离在不同的桩身初始倾角下与纵向荷载的关系如图4所示。由图4可见：随着纵向荷载的增大，桩身最大位移、最大弯矩及其距离地面的距离均增大；当纵向荷载较小时，其增大的速?
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴、横向荷载下微倾单桩地基反力法的解析解[J]. 张磊,焦丹. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究[J]. 胡文红,郑刚. 岩土工程学报. 2013(04)
[3]竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性[J]. 郑刚,李帅,杜一鸣,张晓双. 天津大学学报. 2012(07)
[4]塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究[J]. 王新泉,陈永辉,安永福,齐昌广,陈龙. 岩石力学与工程学报. 2011(04)
[5]双层弹塑性地基水平受荷桩解析计算[J]. 常林越,王金昌,朱向荣,谢新宇. 岩土工程学报. 2011(03)
[6]Elastoplastic solutions for single piles under combined vertical and lateral loads[J]. 张磊,龚晓南,杨仲轩,俞建霖. Journal of Central South University of Technology. 2011(01)
[7]水平受荷长桩弹塑性计算解析解[J]. 常林越,王金昌,朱向荣,童磊. 岩土力学. 2010(10)
[8]成层地基中倾斜荷载桩改进有限杆单元法研究[J]. 赵明华,李微哲,单远铭,杨明辉. 工程力学. 2008(05)
[9]竖向荷载作用下倾斜桩的荷载传递性状及承载力研究[J]. 郑刚,王丽. 岩土工程学报. 2008(03)
[10]成层地基中倾斜偏心荷载下基桩位移特性室内模型试验研究[J]. 赵明华,李微哲,杨明辉,单远铭. 土木工程学报. 2006(12)
本文编号：2952574
【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2017年07期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
纵、横向荷载下微倾单桩示意图
相对密度ds=2.573，重度γ=19.5kN/m3，液限WL=36.38%，塑限Wp=22.59%，含水量w=24.18%；下卧砂土层厚70cm，土颗粒相对密度ds=2.649，重度γ=14.81kN/m3，不均匀系数Cu=2.55，曲率系数Cc=1.068，最大孔隙比emax=0.9793，最小孔隙比emin=0.6461，孔隙比e=0.8636。自由段无分布荷载。通过实测数据反算出地基水平抗力系数k=4.5×104kN/m3，土体屈服位移*u=1mm。当水平力Qp=26.95N时，实测的、本文解及文献[10]中的解计算出的地面处桩身水平位移与纵向荷载的关系如图2所示。图2地面处桩身水平位移与纵向荷载的关系Fig.2Relationshipbetweenhorizontalpiledisplacementatgroundandverticalload由图2可见：对于地面处桩身水平位移，本文解计算值与实测值基本吻合，从而验证了解和程序的可靠性。另外，由于文献[10]中的解没有考虑土体的弹塑性，虽然在纵向荷载较小时计算值与实测值很接近，但随着纵向荷载的增大，两者之间的差值越来越大，
当仁挡庵翟夹?14.5%。本文解的计算值在不同纵向荷载条件下均与实测值较接近。3影响因素分析为探讨桩身初始微倾斜和纵向荷载等对桩身侧向变形和内力的影响，以某桥梁桩基为例展开分析。桩径为1.8m，地面以上及以下桩长分别为20m和40m，桩身抗弯刚度EI=9.275GN·m2，桩顶、底均自由；地基水平抗力系数k=4×104kN/m3，土体屈服位移*u=1cm。桩身自由段无分布荷载。3.1桩身初始微倾斜的影响纵向荷载Np=10MN，桩身最大位移、最大弯矩及其距离地面的距离在不同的水平荷载下与桩身初始倾角的关系如图3所示。由图3(a)和(b)可见：桩身最大位移和最大弯矩均随桩身初始倾角的增大而增大，且其变化速率随桩顶施加的水平力、力矩及桩身初始倾角的增大而稍有增大；当桩身初始倾角从0rad增大到0.01rad，水平力Qp=0.3MN、力矩Mp=0MN·m时桩身最大位移和最大弯矩分别增加约38.1%和34.9%。由图3(c)可见：随着桩身初始倾角的增大，当土体尚未屈服时，桩身最大弯矩距地面的距离基本不变；上部土体屈服后，桩身最大弯矩距地面的距离增大，且其变化速率随桩顶施加的水平力、力矩及桩身初始倾角的增大而稍有增大。由水平力Qp=0.3MN、力矩Mp=0MN·m对应的曲线可知：当桩身初始倾角从0rad增大到0.01rad时，桩身最大弯矩距离地面的距离从47.5cm增至63.6cm，增幅约为33.9%。因此，桩身初始微倾斜对桩基水平承载性状的影响较大，不容忽视。3.2纵向荷载的影响水平力Qp=300kN、力矩Mp=1MN·m，桩身最大位移、最大弯矩及其距地面的距离在不同的桩身初始倾角下与纵向荷载的关系如图4所示。由图4可见：随着纵向荷载的增大，桩身最大位移、最大弯矩及其距离地面的距离均增大；当纵向荷载较小时，其增大的速?
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴、横向荷载下微倾单桩地基反力法的解析解[J]. 张磊,焦丹. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究[J]. 胡文红,郑刚. 岩土工程学报. 2013(04)
[3]竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性[J]. 郑刚,李帅,杜一鸣,张晓双. 天津大学学报. 2012(07)
[4]塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究[J]. 王新泉,陈永辉,安永福,齐昌广,陈龙. 岩石力学与工程学报. 2011(04)
[5]双层弹塑性地基水平受荷桩解析计算[J]. 常林越,王金昌,朱向荣,谢新宇. 岩土工程学报. 2011(03)
[6]Elastoplastic solutions for single piles under combined vertical and lateral loads[J]. 张磊,龚晓南,杨仲轩,俞建霖. Journal of Central South University of Technology. 2011(01)
[7]水平受荷长桩弹塑性计算解析解[J]. 常林越,王金昌,朱向荣,童磊. 岩土力学. 2010(10)
[8]成层地基中倾斜荷载桩改进有限杆单元法研究[J]. 赵明华,李微哲,单远铭,杨明辉. 工程力学. 2008(05)
[9]竖向荷载作用下倾斜桩的荷载传递性状及承载力研究[J]. 郑刚,王丽. 岩土工程学报. 2008(03)
[10]成层地基中倾斜偏心荷载下基桩位移特性室内模型试验研究[J]. 赵明华,李微哲,杨明辉,单远铭. 土木工程学报. 2006(12)
本文编号：2952574
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