超长桩竖向受力承载特性研究

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超长桩基础对于提高上部结构的承重及控制地基的沉降量具有一定的效果,对于处于地质较差或承载较大的建筑,采用超长桩基础具有良好的工程和经济效益,正在被工程界所广泛使用。但是,现行关于超长桩承载特性的理论研究却大大滞后于实际工程,其受力特性和影响其承载力发挥的因素等问题,仍然需要经过仔细讨论。设计者们一般都是按照普通桩的受力原理来分析,加以经验值或数值模拟的方法来进行设计,这就会造成设计的极限承载力与实际不相符合,往往会因此造成巨大浪费,故进行超长桩承载力特性及影响超长桩承载力发挥因素的研究已经变得刻不容缓。基于分布函数为双曲线形式的荷载传递法理论,阐述了超长桩的受力原理,得到了该理论表达式下的本构方程;通过引入桩身压缩系数,计算出了超长单桩的桩身压缩量,并近视的将其作为单桩的最终桩顶沉降量,群桩的桩顶沉降量按照工程惯例一般用等代墩法等方法求出。介绍了有限单元法的基本理论,并对其在超长桩受力上的具体运用做了一定讨论。选取合适的相似比,进行了超长桩竖向承载力的室内模型试验,并得出一系列结论:达到极限荷载之前,超长桩的桩顶沉降量曲线发展较为平缓,其沉降主要由桩身压缩量提供,桩端沉降只占很小一部分;超长桩的桩身轴力和侧摩阻力都是异步发挥的过程,轴力沿深度向下不断减小,侧摩阻力在荷载较小时呈现“驼峰型”分布,随着荷载不断增加,受力重心不断向桩端移动,此时上部桩体的侧摩阻力不再增加甚至减小;一般情况下侧摩阻力和桩土相对位移曲线,即分布函数曲线呈现双曲线形式,达到最大侧摩阻力时即发生了桩土软化现象;对于桩体不同段,其分布函数曲线表达式也不相同,靠近桩端的部分其极限相对位移量较小,但极限侧摩阻力却更大;超长桩的竖向承载力主要由侧摩阻力提供,桩端土体承担的摩阻力较小。利用有限元模拟软件midas gts-nx,建立了超长桩竖向受力模型,得出其承载力特性结果,与模型试验结果做对比,发现两者较为符合。通过改变桩体和土体的不同参数,研究了桩长、桩径、桩土弹模比、土体粘聚力和内摩擦角对超长桩受力特性的影响,得出:桩径和土体的弹性模量越大,土体的极限承载力也越大,同时桩顶沉降量越小。而增加桩长可以提高桩的极限承载力,但也会增加桩顶沉降量,故对于桩顶沉降有要求的建筑要经过验算再使用。土体粘聚力的增加能够在一定程度上提高超长桩的极限承载力,而内摩擦角对承载力几乎没影响。
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