盘悬挑径对NT-CEP桩群桩抗拔破坏机理影响研究.pdf
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1、工程科技北方建筑第9 卷第2 期2 0 2 4 年4 月DO1:10.3969/j.issn.2096-2118.2024.02.002盘悬挑径对f NT-CEP 桩群桩抗拔破坏机理影响研究车铭岳,钱永梅,何嫚,张石磊”张凯4(1:吉林建筑大学土木工程学院,吉林长春13 0 118;2:华东建筑设计研究院有限公司,上海2 0 0 0 0 0;3:吉林新龙房地产开发有限公司,吉林长春13 0 0 5 1;4:山东泰开环保科技有限公司,山东泰安2 7 10 0 0)摘要:盘悬挑径是新型混凝土扩盘桩(以下简称NT-CEP桩)群桩抗拔影响的主要因素,本文采用ANSYS有限元模拟分析的方法建立六组不同盘
2、悬挑径的四桩模型,研究不同盘悬挑径对NT-CEP桩群桩抗拔承载能力和群桩效应的影响,根据以往单桩和双桩的研究成果,对比单桩、双桩和四桩的抗拔承载力,分析群桩效应对抗拔承载力的影响,揭示群桩桩周土体破坏机理。通过本文模拟结果得到以下结论:盘悬挑径越大,群桩的抗拔承载能力越强,但抗拔承载能力增长并不是线性变化。当盘悬挑径大于1.7 5 倍桩径时,群桩的承载力提高不明显,盘悬挑径与桩径的比值应在1.5 倍 1.7 5 倍为最佳。此结论为NT-CEP桩群桩在工程设计及推广应用奠定了理论基础。关键词:NT-CEP桩;盘悬挑径;群桩;抗拔性能;有限元模拟分析中图分类号:TU473Study on the
3、Influence of Disc Cantilever Diameter onthe Uplift Failure Mechanism of NT-CEP Pile Group文献标识码:A文章编号:2 0 9 6-2 118(2 0 2 4)0 2-0 0 0 7-0 5CHE Mingyuel,QIAN Yongmeil,HE Manman,ZHANG Shilei?,ZHANG Kai4(1:School of Civi Engineering,Jilin Jianzhu University,Changchun Jilin 130118,China;2:East China Arch
4、itectural Design&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200000,China;3:Jilin Xinlong Real Estate Development Co.,Ltd.,ChangchunJilin 130051,China;4:Shandong Taikai Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Taian Shandong 271000,China)Abstract:Disc cantilever diameter is the main factor influencing
5、the uplift of new type concrete expanded pile(Hereinafter refened tuas NT-CEP pile),in this paper,six groups of four pile models with different disc can-tilever diameters are established by using ANsYs finite element simulation analysis method,the influence of dif-ferent disc cantilever diameters on
6、 the pull-out bearing capacity and pile group effect of NT-CEP piles is stud-ied,the pull-out bearing capacity of single pile,double pile and four pile is compared according to the previousresearch results of single and double pile,the influence of pile group effect on uplift bearing capacity is ana
7、-lyzed,and the failure mechanism of soil around pile group is revealed.The following conclusions are obtained fromthe simulation results:the larger the disc cantilever diameter,the stronger the uplift bearing capacity of pilegroup,but the increase of uplift bearing capacity is not linear.When the di
8、sc cantilever diameter is greater than1.75 times the pile diameter,the bearing capacity of pile group is not significantly improved,and the ratio of disccantilever diameter to pile diameter should be between 1.5 times and 1.75 times.This conclusion lays a theoreti-cal foundation for NT-CEP pile grou
9、p in engineering design and application.Keywords:NT-CEP pile;disc cantilever diameter;pile group;pull-out resistance;finite element simulation anal-ysis收稿日期:2 0 2 3-12-0 5基金项目:国家自然科学基金项目(5 2 0 7 8 2 3 9)作者简介:车铭岳(19 9 9 ),男,吉林省吉林市人,硕士,研究方向:桩基础。*通信作者:钱永梅(19 7 0 ),女,吉林省长春市人,教授,博士,研究方向:桩基础,E-mail:NORTHE
10、RNARCHITECTURE北方建筑0引言NT-CEP桩是一种新型灌注变截面桩型,凭借其施工成本低、承载力高、沉降量小等特点在工程实际中得到越来越广泛地应用。目前国内外对普通直孔群桩和变截面单桩的研究较多2-4 1,对 NT-CEP 桩的研究主要集中在单、双桩15-6,而对 NT-CEP桩群桩的研究几乎为空白,且变截面群桩研究成果对NT-CEP桩群桩研究具有一定的借鉴作用17-8 1,但无法直接应用于NT-CEP桩群桩。在实际工程中受上部结构的类型、地形条件等因素影响,群桩在工程中的应用也非常普遍,因此必须对NT-CEP 桩群桩在上拔荷载作用下的承载特性进行研究。“群桩效应 会对极限抗拔承载力
11、造成影响9,因此对NT-材料密度/(kgm)弹性模量/MPa混凝土2.25103黏土1.688103L第9 卷CEP桩群桩抗拔承载性能研究能够为混凝土扩盘桩更为广泛地推广和应用起到良好的促进作用。1ANSYS有限元建模1.1材料参数依据前期研究成果确定桩身与土体参数,详见表1。1.2模型参数依据课题组研究成果确定模型桩尺寸数据,桩身长度设定为8 m,桩径为0.5 m,承力盘根据NT-CEP桩施工工艺设定为上下不对称形式,盘上坡角为3 5,盘下坡角为2 0,桩间距为3.5 m。模型桩、四桩平面布置方案,如图1 图2 所示。表1桩-土参数设定泊松比黏聚力/MPa3.0100.2250.35L一一桩
12、长d一一桩径D一盘径R一一盘旋挑径一桩净间距一桩间距一盘上坡脚R盘下坡脚S图1模型桩示意图摩擦角/)0.0435510.7究具有普遍性并符合工程实际应用要求,设置六组四桩(2 2)进行模拟分析,编号为MG1MG6,六组盘悬挑径分别取1.0,1.2 5,1.5,1.7 5,2.0,2.2 5 倍桩径,具体参数如表2 所示。选择面荷载对桩身顶部区域施加竖向拉力。选用荷载控制加载,提取相应的荷载位移数据,当桩顶位移达到9 5 mm时,其荷载视为极限荷载,终止加载。3号桩膨胀角/()10.7S4号桩S桩土摩擦系数0.30.3在构建ANSYS 有限元模型构筑时,采用映射网1号桩格划分的方法110-11,
13、采用弹性模型中的非线性弹性模型建立土体模型,弹塑性模型建立桩身模型,为使研桩号桩长L/mmMG1(1.0d)8000MG2(1.25d)8000MG3(1.5d)8000MG4(1.75d)8000MG5(2.0d)8.000MG6(2.25d)80002号桩图2 四桩平面布置方案表2 模拟桩桩数据参数桩径d/mm盘坡角/()500=35,=20500=35,=20500=35,=20500=35,=20500=35,=20500=35,=20桩间距s/mm盘悬挑径R/mm3.50050035006253.50075035008753500100035001.125盘径D/mm15001750
14、2000225025002.750桩净间距s/mm20001.7501500125010007508NORTHERNARCHITECTURE第2 期2四桩模拟结果分析提取模拟分析中桩身与桩周土体的位移云图。由于各组模型的位移云图及荷载-位移曲线变化趋势接近,因此本文选取具有代表性的MG4组(1.7 5 d)桩模型和相应的模拟数据进行受力过程和破坏状态详述。2.11位移云图分析分别提取竖向拉力大小分别为4 0 0 kN,4 0 0 0kN,6 4 0 0 k N,7 6 0 0 k N时的¥方向位移云图,如图3所示。从图3 可以看出:加载初期如图3(a)所示,承力盘与下部土体初步出现分离现象,承
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