预应力混凝土管桩实测与数值模拟优化对比分析.pdf
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1、9 4 四川 建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 4 0卷第 6期 2 0 1 4年 1 2月 预应力混凝土管桩实测与数值模拟优化对比分析 何夕平 , 常东明 , 杨建斌 , 童天培 ( 1 安徽建筑大学土木工程学院, 安徽 合肥2 3 0 0 2 2 ; 2 中国十七冶集 团有 限公 司, 安徽 马鞍山 2 4 3 0 0 0 ; 3 中建四局第六建筑工程有限公司, 安徽 合肥2 3 0 0 0 1 ) 摘要: 预应力混凝土管桩由于具有施工速度快、 施工安全等优势已在软弱土地区被广泛使用。本文结合具体工 程, 针对地基中桩
2、土相互作用的原理, 通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式 , 引入库仑 一摩尔模型 , 利用 F L A C一 3 D软件对预应力混凝土管桩在竖向荷载下的沉降变化进行模拟 , 将模拟计算结果与现场静载试验结果进 行对比, 并模拟不同桩长、 不同桩径对桩基沉降的影响, 得出桩的最优设计。本文分析方法和结论可为类似工程设 计和施工提供依据, 便于工程应用。 关键词: 预应力混凝土管桩 ; 静载试验; 数值模拟 ; 沉降 中图分类号 : T U 4 7 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 9 4 0 5 Th e c o mp a r
3、 a tiv e a n a l y s i s o f m o n i t o r i n g v alu e a n d n u m e r i c al s i mu l a tio n o f pr e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e HE Xi p i n g , C HAN G Do n g mi n g , YANG J i a n b i n , T ONG T i a n p e i ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g , A n h u i J i a n
4、z h u U n i v e r s i t y , H e f e i 2 3 0 0 2 2 , C h i n a ; 2 Ch i n a Mc c l 7 Gr o u p C o , L t d , Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0, C h i n a ; 3 C h i n a C o n s t r u c t i o n 4 T H E n g i n e e ri n g B u r e a u 6 T H C o , L t d , H e f e i 2 3 0 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : D u e
5、 t o t h e f a s t c o n s t r u c t i o n s p e e d, c o n s t ru c t i o n s a f e t y a n d S O o n, p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e h a v e b e e n w i d e l y u s e d i n s o ft s o i l r e g i o n C o mb i n e d w i t h t h e e n g i n e e ri n g p r a c t i c e, t h i s p a p e
6、r f o c u s e d o n t h e p ri n c i p l e o f p i l e s o i l i n t e r a c t i o n i n f o u n d a t i o n, t h r o u g h s i mp l i f y t h e v e r t i c a l r e l a t i v e d i s p l a c e me n t d i s t rib u t i o n p a t t e r n o f p i l e s o i l e l e me n t I n t r o d u c e d mo h r - c
7、o u l o mb mo d e l , u s e d F L AC一 3 D s o f e w a r e t o s i mu l a t e d s e t t l e me n t c h a n g e s o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e u n d e r v e r t i c al l o a d, c o mp a r e d t h e r e s u l t o f n u me ri c a l s i mu l a t i o n w i t h t h e r e s u l t o f s
8、t a t i c l o a d i n g t e s t , a n d t h e n s i mu l a t e d t h e p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e w h i c h h a v e d i f f e r e n t l e n g t h o r d i f f e r e n t d i a me t e r h o w t o a f f e c t e d t h e s e t t l e me n t o f p i l e f i n a l l y g e t t h e o p t i m
9、u m d e s i g n o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e I n t h i s p a p e r a n a l y s i s me t h o d a n d c o n c l u s i o n c a n p r o v i de r e f e r e nc e f o r s i mi l a r e n g i n e e r i n g de s i g n a n d c on s t ruc t i o n, a n d c o nv e ni e n t for e n g i n e e r
10、ing a pp l i c a t i o n s Ke y wo r d s : p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e ; s t a t i c l o a d i n g t e s t ; n u me ri c a l s i mu l a t i o n; s e t t l e me n t O 引 言 预应力混凝土管桩是采用先张法预应力离心成 型工艺制成的一种圆管形钢筋混凝土预制桩。具有 单桩承载力高 、 施工速度快 、 施工安全、 使用范 围广 等优点, 在工程 中得到广泛应用 。根据相关规范, 桩 基施工后要进行桩承载
11、力试验 , 虽然试验 中也 能得 到与承载力相应 的沉降 , 但静载试验 中的沉降量 Js 与建筑物的后期沉降量 5 不同, 前者是瞬时试验 收稿 日期 : 2 0 1 3 1 1 1 3 作者简介 : 何 夕平 ( 1 9 6 3一) , 男, 安徽合 肥人 , 硕士 , 教 授 , 硕 士生导 师 , 主要从事建筑结 构、 施工技术等方面 的研究。 基金项 目: 国家科技支撑计 划课题资助 项 目( 2 0 1 1 B A J 0 3 B 0 4 ); 安徽 省教育厅高等教 育振兴计划课题资助 ( 2 0 1 3 z d j y l 2 1 ) E m a i l - 1 0 4 7 0
12、8 0 55 8 q q e o m 值 , 后者是实际最终值 。影 响单桩静载试验 中的沉 降量 S的主要因素是桩、 桩周土和桩端土的性状 , 而 建筑物后期沉降量 s 除 了这些 因素外 , 还与群桩效 应、 土 的蠕 动 效应 、 建 筑 物 的结 构形 式 等诸 多 因 素 1 有关。本文通过具体工程中预应力混凝土管 桩的静载试验沉降结果与数值模拟分析结果进行对 比, 得 出了一些有益的结论 , 可为类似工程设计 、 施 工提供借鉴。 1 工程概 况 某建材大市场家具城 , 该工程为三层框架结构 , 基础设计采用预应力混凝土管桩 , 桩长 3 2 i n , 桩径 5 0 0 m m,
13、 壁厚 1 0 0 mm, 桩身混凝土强度等级为 C 8 0 , 总桩数 6 1 5根 , 单 桩竖 向抗 压承载力 特征 值 1 0 0 0 k N。工程各土层的设计参数见表 1 。 何夕平, 等 : 预应力混凝土管桩实测与数值模拟优化对比分析 9 5 表 1 土层设计 参数 Ta b l e 1 S o i l d e s i g n p a r a me t e r s 层序 土的名称 层厚 土层描述 2单桩竖向抗压静载试验 本工程分三段施工 , 进行三段静载荷试验 , 在第 三段随机选取 3 1 7 、 4 9 8 和 5 3 1 桩进行单桩竖 向抗 压静载试验 。 2 1 试验设备及
14、布置 本次试验竖 向荷载 由千斤顶配合压 重平台提 供。位移测量用两只精度达 0 0 1 m m 、 量程为 5 0 m m的 M S 一 5 0型容栅式数显百分表, 对称安放在桩 两侧 , 采用型号为 J C Q 一 5 0 3 A W 的全 自动静力载荷试 验仪进行静压试验。静载试验布置如图 1所示 。 图 1 试验 布置 F i g 1 Te s t p l a n 2 2 试验加载与分级 本工程单桩竖向抗压承载力特征值设计要求为 1 0 0 0 k N, 根据 J G J 1 0 6 -2 0 0 3 建筑基桩检测技术规 范 要求 , 加 载量不应小于设计要求 的单 桩承载 力特征值
15、的 2 0倍 , 即为 2 0 0 0 k N。分级荷载 为最 大加载量的 1 1 0 , 即 2 0 0 k N为一级 。本 次试 验第 一 级取两倍分级荷载加荷, 即首级加载 4 0 0 k N , 以 后各级加载 2 0 0 k N。试验采用快速维持荷载法 , 每 级荷载达到相对稳定后且不符合终止加载条件之一 时加下一级荷载 , 当加载到最大加载量时终止加载 , 然后分级卸载到零 。 2 3沉降观测 根 据 规 范 J G J 1 0 6 -2 0 0 3条 文 说 明 4 3 6 4 3 7 , 施加每级荷载后维持荷载 l h , 按第 5 m i n 、 1 5 m in 、 3 0
16、 ra i n 时间间隔测读桩顶沉降量, 以后每隔 1 5 m i n测读一次沉降量。若最后 1 5 ra i n时间间隔测定 的桩顶沉降增量 与相邻 1 5 m i n时间间隔测定 的桩 顶沉降增量未见明显收敛 , 则应延长维持荷载加载 时间 , 直至最后 1 5 m i n的沉降增量小于相邻 1 5 m i n 的沉降增量时 , 方可施加下一级荷载。 卸载时每级卸载量为加载时的两倍 , 每级荷载 维持 1 5 mi n , 在第 5 、 1 5 rai n时测读一次沉降后 , 即 可卸下一级荷载。卸载至零后 , 应测读桩顶残余沉 降量 , 维持时间为 2 h , 测读时间为 5 m i n
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