现浇X型混凝土桩的荷载传递机理初探

《现浇X型混凝土桩的荷载传递机理初探》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第29卷第3期防灾减灾工程学报Vo1．29No．32009年6月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringJun．2009现浇X型混凝土桩的荷载传递机理初探刘汉龙，雍君。，丁选明，陈育民(1．河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京210098；2．河海大学岩土工程科学研究所，南京210098；3．河海大学工程力学系，南京210098；4．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，南京210098)摘要：现浇X型混凝土桩技术是河海大学开发研制的用于地基加固处理的一项新技术。在模型试验

2、的基础上，通过有限元方法研究了现浇X型混凝土桩的荷载传递机理，并与模型槽试验结果进行了对比，分析q-考虑了桩和土之间的接触和土的非线性通过数值分析，揭示了X型桩的截面形式对侧摩阻力分布、端阻力发挥的影响。计算结果表明，由于桩的泊松比效应，x型桩截面周边不同位置的侧阻力大小有所不同；X型桩中出现了类似于H型桩的“半封闭土塞”，与圆截面桩相比，桩端附近的侧摩阻力有较明显的增加；x型桩的桩端承载力系数要小于圆截面桩的情况，体现了X型桩截面形状的影响。关键词：现浇X型混凝土桩；侧阻力；端阻力中图分类号：TU473．1l文献标识码：A文章编号：1672—2132(20

3、09)03—0267—050引言1有限元分析模型现浇X型混凝土桩是河海大学岩土工程研究所1．1几何模型及网格划分研制的一种新型的异型桩_1]，其采用字母X型的钢研究对象为已进行桩承载力模型试验的X型模代替传统的沉管灌注桩圆型钢模，从而形成一种桩【4]，桩长3m，开弧间距2口为0．06rn，开弧深度bX型桩的现浇混凝土桩。X型具有较大的单位体积选为0．05m(图1)。为比较起见，同时进行了具有相材料比表面积，可达到节省材料、提高单方混凝土承等外接圆直径的圆截面桩的试验，其桩长为3m，桩载力的目的。半径为0．15rn。为方便起见，下文中将圆截面桩称作为一种新桩型

4、，X型桩的试桩资料目前还很为C1桩，x型截面桩称为X2桩。少，且在工程中由于试验设备及经费的限制，很难取2a0．O6得完整的荷载一沉降曲线。另一方面，有限单元法能—-—·一够考虑土的应力历史和应力应变关系的非线性，可以较好地模拟施工和加载过程，能够考虑桩与土之间的接触特性，并展示整个区域的应力场和应变场，是分析桩承载性能的有效手段I2。]。因此，为了对xClX2型桩的承载特性进行深入分析，从而为承载力简化单位：rfl理论计算提供基础，本文采用三维非线性有限元对图1桩的截面示意Fig．1Sectionoftestpiles已进行了的X型桩模型槽试验进行模拟，着

5、重分析了X型桩的承载机理，得到了一些试验中没能反映由于X2桩截面的几何特性不能象常规的圆型的结果。桩那样采用轴对称有限元进行分析，而只能采用三·收稿日期：2008—09—16；修回日期：2008—11一O4基金项目：江苏省“333高层次人才培养工程”项目(B08003)资助作者简介：刘汉龙(1964一)，男，教授，博导。主要从事地基基础与土动力学方面的教学与研究。Email：hliuhhu@163．tom268防灾减灾工程学报第Z9卷维有限元分析，但可利用对称性选取四分之一的模是桩土界面之间的摩擦角，取为2／3(p。型进行计算，见图2。C1桩也同样处理。在X

6、2单桩1．4边界条件和初始条件承载性能的有限元分析中，关心的区域主要集中在桩周有限的几倍半径范围内。同时，为了避免过强的在模型的四周施加x、y两个水平方向的位移边界条件约束影响分析的正确性与精度，分析区域约束，在模型底部施加X、y和z三个方向的位移约需具有一定的宽度。本文的有限元分析中，、y两束。个方向的宽度均设为X2桩外包直径的50倍，z方因为采用了弹塑性摩尔库仑模型，为了取得较向的总长度设为桩长的2．5倍，坐标原点及坐标系好的模拟结果，必须合理地设置土体的初始应力。在位置见图2。桩体施工前，天然地基土体的初始应力主要由自重产生，即竖向初始应力。和水平初始

7、应力。分别为0一)，，ho—K0o(1)式中y为土体的容重；为深度；K。为初始水平土压力系数，考虑到水平方向无变形，取为／(1一)，为土体泊松比。对于现浇混凝土X型桩，桩体施工后对地基土的应力状态影响较小。这种情况下，可先将整个分析图2有限元分析几何模型区域内所有单元的材料模型设置为土体，整个区域Fig．2Geometricmodelforfiniteelementanalysis内的初始应力按式(1)确定，随后将桩位置处的土体单元除去，激活桩体单元及接触面，并将桩体与土体桩体和桩周土体都采用8节点等参块体单元进容重之差作为外荷载加到桩单元，计算后达到新的行

8、划分，在桩、土接触的界面附近网格适当加密。为应力平衡