粉土地区楔形群桩的水平承载特性分析.pdf
《粉土地区楔形群桩的水平承载特性分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《粉土地区楔形群桩的水平承载特性分析.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 41 卷 第 4 期2023 年 8 月石河子大学学报(自然科学版)Journal of Shihezi University(Natural Science)Vol.41 No.4Aug.2023收稿日期:2022-02-10 基金项目:河南省重点研发与推广专项(科技攻关)(202102310247)作者简介:原华(1982),女,副教授,主要从事地下结构、岩土方面的研究,e-mail:yuanhuazzl 。DOI:10.13880/ki.65-1174/n.2022.21.033文章编号:1007-7383(2023)04-0455-06粉土地区楔形群桩的水平承载特性分析原华1,2,
2、从文成1,谢俊南3(1 河南大学土木建筑学院,河南 开封 475004;2 河南省轨道交通智能建造工程研究中心,河南 开封 475004;3 郑州大学综合设计研究院有限公司,河南 郑州 450002)摘要:近年来异形桩逐渐引起国内外学者的广泛关注,但鲜有针对楔形群桩受水平力的研究。本文以开封周边的粉土为研究对象,进行楔形单桩的模型试验和数值模拟,在验证单桩模型的可行性后建立楔形群桩数值模型,并对楔形群桩水平承载特性进行数值分析,以桩体弹性模量和楔形角为变量,研究不同荷载下桩身水平位移、桩身弯矩等的变化特征。结果表明:在水平荷载作用下,群桩的水平位移整体变化趋势一致,排桩之间的弯矩差别较大;桩体
3、弹性模量的变化对群桩水平位移的影响并不明显,群桩位移效应系数约为 25%30%;在小角度范围内,群桩水平承载力随楔形角的增加而逐渐增大。本文研究成果对楔形群桩水平承载特性的认识具有重要意义。关键词:粉土;水平荷载;楔形桩;群桩;模型试验中图分类号:TU473.1文献标志码:AThe horizontal bearing characteristics of wedge-shaped pile group in silt areaYUAN Hua1,2,CONG Wencheng1,XIE Junnan3(1 School of Civil Engineering and Architectur
4、e,Henan University,Kaifeng,Henan 475004,China;2 Henan Rail Transit Intelligent Construction Engineering Research Center,Kaifeng,Henan 475004,China;3 Zhengzhou University Multi-Functional Design and Research Academy Co.Ltd.,Zhengzhou,Henan 450002,China)Abstract:In recent years,special-shaped piles ha
5、ve gradually attracted extensive attention of scholars at home and abroad,but there are few studies on the horizontal force of wedge piles.This paper takes the silt around Kaifeng as the research object,conducts the model test and the numerical simulation of the wedge single pile,after verifying the
6、 feasibility of the single pile model,the wedge group pile numerical model is established.The horizontal bearing characteristics of wedge-shaped pile group were numerically analyzed,and the elastic modulus and wedge angle of the pile were used as variables to study the variation characteristics of t
7、he horizontal displacement and the bending moment of the pile under different loads.The results show that under the action of horizontal load,the overall change trend of the horizontal displacement of the pile group is the same,the bending moment between row piles is quite different.The change of th
8、e pile elastic modulus has no obvious influence on the horizontal displacement of the pile group and the displacement effect coefficient of pile group is about 25%30%.In the small angle range,the horizontal bearing capacity of pile group increases with the enlargement of wedge angle.The results are
9、of great significance to the understanding of the horizontal bearing characteristics of wedge-shaped pile group.Key words:silt;horizontal load;wedge-shaped pile;pile group;model test随着现代工业建筑的快速发展,大型桩基础工程得到广泛应用,工程上对桩基承载性能的要求越来越高。由于传统桩基础对水平荷载传递的有限性,创新型异形桩逐渐引起广泛关注1,如孔纲强等2对水平荷载下异形桩的承载特性进行了相关试验,任连伟等3对扩底楔
10、形桩的承载特性进行了模型试验,胡文韬等4研究了阶梯形变截面桩水平受荷时的内力与变形,XIONG L X 等5对阶梯锥形桩的水平承载性能进行了数值分析。异形桩总体上可分两类6:一类是以改变桩身纵向截面形状得到的变截面异形桩;另一类是改变桩截面几何形状得到的异形截面桩。在众多变截面异形桩中,楔形桩具有节省材料、单位承载力高等优势。刘杰等7-8将理论分析与室456 石河子大学学报(自然科学版)第 41 卷内静载试验相结合,研究了楔角等因素对承载力的影响,发现适度增大楔形角能有效提高楔形桩的竖向承载力;周航9、KONG G Q 等10提出水平荷载下楔形桩桩身变形和内力的简化理论计算方法;VALI R
11、等11基于楔形桩和扩底桩承载力与沉降特性的三维数值比较,发现楔形桩的沉降小于扩底桩;陈浩华等12揭示了楔形桩极限承载力提高的机理;WANG N 等13建立了阶梯桩环形区与垂直动力特性的新相互作用模型;GUAN W J 等14对楔形桩在挤土效应和应力扩散效应时的扭转动力进行分析;LI Y N 等15提出一种评估楔形单桩和群桩在静态轴向压缩荷载下荷载-位移响应的简化方法。至今鲜有针对水平荷载下楔形群桩承载特性方面研究的文献。本文以粉土地区水平受荷的楔形群桩为研究对象,研究水平荷载作用下楔形群桩桩身位移、桩身弯矩等的变化规律,分析楔形角和基桩弹性模量对楔形群桩承载特性的影响,着重阐述楔形角和桩身弹性
12、模量对群桩位移效应系数及群桩效率的影响。1 数值计算模型首先进行水平荷载下的楔形单桩室内模型试验,基于单桩模型试验参数用数值方法重现水平荷载下楔形单桩水平承载试验;之后对比单桩试验数据与数值计算的结果,分析所建单桩水平受荷数值模型的准确性,并以单桩数值模型为基础建立群桩水平受荷数值模型。1.1单桩模型试验试验用土为开封市黄泛区土样,土体的基本物理参数见表 1,经颗粒分析试验得到土体颗粒级配曲线(图 1)。土体均匀系数 Cu=7.48,曲率系数 Cc=1.20,满足 Cu5、Cc=1 3,表明土体颗粒级配较好。土粒径小于 0.075 mm 的颗粒质量占总质量的54.5%,塑性指数 Ip10,依据
13、 GB 500072011建筑地基基础设计规范此土体属于粉土。表 1土体基本物理参数液限/%塑限/%塑性指数/Ip天然含水率/%天然密度/(g cm-3)干密度/(g cm-3)26.07 16.119.9615.151.941.68按某实际工程设计缩尺模型试验,模型桩几何相似比为 1 10,经试验测得的桩周土体与桩身参数见表 2,桩身弹性模量为 3.0104 MPa。楔形桩底端直径和桩长保持不变,改变顶端直径,分别进行 3 种不同楔角的楔形单桩水平(表 3)承载模型试验,d 为桩身平均直径。图 1土颗粒级配曲线表 2桩周土及桩体参数材料类型重度/(kN m-3)厚度h/m泊松比v弹性模量Es
14、/MPa/c/kPa桩周土19.0100.258.0234.5楔形桩25.00.171.51043.0104表 3楔形桩尺寸桩型桩顶直径d1/m桩底直径d2/m桩长l/m楔形角/l/d0.680.50100.517.00.860.50101.014.71.020.50101.513.2模型箱为直径 1.3 m、高 1.5 m 的圆形铁筒,箱侧壁铺贴涂有凡士林,以消除箱壁摩擦力的影响。桩中心放置单根 6 HPB300 钢筋作为纵筋,桩身均匀粘贴高精度应变片。由滑轮和型钢组成水平加载装置,通过螺栓和钢丝绳固定在一起,借助定滑轮实现水平加载(图 2)。试验时,先将桩身竖直固定,然后分层填土,每层约厚
15、 20 cm,待土体充分固结后,在桩顶分级施加水平荷载。借助 CM-2B 型静态电阻应变仪实时采集数据。、型楔形桩桩顶施加的最大水平荷载依次为 1.60、1.80、2.00 kN。图 2楔形单桩水平受荷模型试验第 4 期原华,等:粉土地区楔形群桩水平承载特性分析457 1.2对数值模型的验证借助有限元软件 ABAQUS 建立一系列数值计算模型,重现缩尺模型试验的过程,验证楔形单桩水平承载特性数值模型的准确性。土体与桩基分别采用弹塑性(Mohr-Coulomb)和弹性本构模型,桩、土选用 C3D4 实体单元,约束模型侧边界水平位移、底部边界水平及竖向位移。由试验和数值模拟方法分别得到楔形角为 0
16、.5、1.0和 1.5时楔形单桩桩顶水平荷载 H 与桩顶水平位移 Y 的关系(图 3)显示:试验时不同楔形角下单桩桩顶施加水平荷载增大到1.48、1.67、1.84 kN 之后,桩顶水平位移迅速增大,桩周土体出现较大的裂缝。按 JGJ 942008建筑桩基技术规范中“对于水平位移敏感的建筑,取其位移为 6 mm 时对应水平荷载的 75%为水平承载力特征值”方法,当楔形角为 0.5、1.0和 1.5时,单桩试验的水平承载力特征值 Rha分别为 1.11、1.25、1.38 kN;由数值方法得到的 3 种楔形单桩水平承载力特征值依次为 1.20、1.43、1.58 kN。可见:试验和数值模拟得到的
17、 H-Y 曲线形态上基本一致,在位移 6 mm 时水平承载力特征值最小误差仅为 9%。图 3桩顶水平荷载-位移曲线为进一步验证模型试验的可靠性,对比模型试验与数值模拟分析楔形角为 0.5、单桩桩顶水平荷载分别为 1.0、1.3 kN 时桩身弯矩,结果见图 4。图 4不同水平荷载下桩身弯矩分布图 4 显示:两种方法得到的弯矩沿桩身长度方向变化基本一致,桩身最大弯矩均位于距桩顶 0.4倍的桩长附近,仅在桩顶水平荷载 1.3 kN、桩身最大弯矩 处 相 差 较 大,但 整 体 弯 矩 误 差 较 小,约 为10%。说明本数值模型基本合理。1.3群桩数值模型实际工程中桩基础常以群桩形式出现,利用有限元
18、分析软件建立楔形群桩水平承载数值模型(图 5)。所建数值模型为 20 m20 m20 m(XYZ),基桩 33 布置,承台长、宽、高依次为 8 d、8 d、0.5 m,土体、桩身参数及楔形桩尺寸与表 1 至表 3 中相同。图 5群桩布置群桩承台上沿 Y 轴方向依次施加 47.4、117.0、273.7、467.5、665.7、825.0 kN 的水平荷载。首先分析所有基桩均为型楔形桩(楔形角为 0.5)、桩身弹性模量为 30 GPa 时群桩的水平承载特性;之后分别改变基桩的楔形角和弹性模量,研究基桩楔形角分别为 1.0 和 1.5,桩身弹性模量分别为 15、20 GPa 时群桩的水平承载能力;
19、共分析 5 种工况。2 群桩数值模拟结果与分析图 6水平荷载下群桩位移曲线图2.1群桩水平位移假定承台为刚性,定义楔形群桩承台边缘中心的水平位移为群桩水平位移。群桩的水平荷载-位移曲线见图 6。由图 6 可知:楔形群桩的水平位移随水平荷载的增大而不断增加,且该曲线无明显拐点。沿曲线始末端各做一条切线,两切线交点为 A,458 石河子大学学报(自然科学版)第 41 卷可得群桩水平极限承载力约为 450.0 kN。与单桩承载力特征值确定方法类似,按 JGJ 942008建筑桩基技术规范,对水平位移不敏感的建筑,取位移为 10 mm 时对应水平荷载的 75%作为其水平承载力特征值,可得楔形群桩基础水
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 土地 楔形 水平 承载 特性 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。