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时间:2017-12-08
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1、维普资讯http://www.cqvip.com·38·港J一技术2002年3月No1钢管桩桩壁厚度对砂性土沉桩性状的影响陈波闫澍旺樊之夏。(1天津大学岩土工程研究所.300072)(2.中国海洋石油工程股份有限公司,天津300452)摘要:烈一雏压力泣为动力沉桩的理论基础犏了波动方程特征线法的动力沉桩分析程序,然后对莱海洋石油平台工程的沉桩性状进行数值仿真分析.是量地研究了蛀壁犀的蔓化时在砂性土中沉桩性状的影响,井得到一些鲒论。关蕾词:应力波理论;桩壁厚度:数值分析;沉桩性状中圈分类号:U655551
2、文献标识码:A文章编号1004-9592(2002)O10O38041引言据牛顿第二定律,杆中微小部分dx的运动方程为在软弱地基上采用柴油锤、蒸汽锤或液压锤为动力打人预制钢筋混凝土桩或钢桩处理地基的方法应用广泛因此,在桩锤~桩~土系统中,动力沉桩可能性分析以及单桩承载能力分析尤为重要。在实(U二)际工程中常常由于对沉桩可能性判定的失误,或是‘桩无法下沉到设计高程,造成截桩、桩身压屈和桩头过11a=R^ll喜损坏;或是桩已达到设计高程,但桩的贯入度仍然很T,=●0‰=_.上辔m大,不能满足设计承载力要求,
3、出现这些情况,会延⋯⋯误工期.增加工程费用,严重的还可能造成重大工程事故,目前对沉桩性状分析除了用经验工程估算法田1一端加蓑的柱形杆外,采用波动方程数值分析法是必须的国内外一学者采用波动方程数值分析法对动力沉桩中众多影一筹d:(pAd)鼻【13响因素进行了系统的分析一,进而对桩~锤~土式中:F为杆中轴力(以压为正);为theLa—系统有了更清楚的认识。对于打人管桩,桩壁厚度可grangian坐标;“为轴向位移;t是时间;P为杆件质沿长度方向变化,这种变化对打桩中所需击数、桩周量密度;A为杆件横截面积。根
4、据虎克定律,力F可土所发挥的静阻力、桩身应力以及单桩极限静承载由应变£表示如下:能力的预估等沉桩性状的具体影响是工程中需要解F=EA£=一EA(21决的重要课题。但国内外有关文献的研究内容主要由方程(1)和方程(2),得一维古典应力渡波动方程:集中在单桩极限静承载能力方面,对沉桩可行性的a:一l_塑0ta(⋯33影响研究非常少,而且缺少定量的认识C2本文以一维应力波理论为基础,编制了动力沉其中是波的传播速度,f一厕。方程(3)的桩分析程序,以某海洋石油打桩工程为例进行沉桩达朗姬解为:数值仿真分析.具体探
5、讨了桩壁厚度变化对在砂性“一“(—ct)+“’(--ct)(4)土中动力况桩性状的影响,从而得到一些结论。该通解由两个行波组成,其传播速度都为f,但2动力沉桩分析基本理论传播方向相反波沿特征线(x~ct)传播,可由边界2.1一维应力波理论条件确定。图l为一端加载的杆,杆顶作用力为F(),根考虑没有内部阻尼和土体相互作用的柱形杆,对质点速度和轴力F,可导出下列方程:收橘日期-2曲1—07—02维普资讯http://www.cqvip.com2002年3月No.1港技术·39·其中Ⅳ及仉,分别表示因桩身位移
6、、速度筹=c一一一:一‘厦加速度而产生的相互作用力在本文分析中没考F=-EA笔一EA[一]=F一一虑由于附加质量而产生的惯性力。在波动方程3)中引入桩土间相互作用力Ⅳ,并采用数值分析F十方法就可以模拟沉桩过程的沉桩性状式中u和F‘仅是(一)的函数.’和F’也仅是3数值模拟分析L一“)的函数在一般情况下.桩身任意截面上的基于上述理论.编制了速度和轴力都是上行渡和下行波叠加的结果。波动方程特征线法的动力2.2边界条件轲桩分析程序.图3为程序在长为L的桩上作用一半弧形脉冲荷载。由上的流程图运用该程序对某面所述
7、,一压缩波开始向下传播,当经过t:L/c渡海上采油平台打桩工程的前到达桩底.就产生反射波反射波的类型取决于桩沉桩可能性和单桩承载能底的约束情况(自由端或固定端)。力进行了数值模拟分析,具对于自由端的桩中波动响应,在任何时刻f,其体研究了桩壁厚度的变化边界条件是桩底力为零‘在自由桩底,没有阻力),即对沉桩性状的影响圈2桩一土相互作用示意F(:L,t):0。因此:F(L.)=’(L,f)+F’(,,f):0在一L/c时.应力波到达自由端后,将产生一个符号相反,幅值相等的反射波,即反射波为拉力l艘。由于渡的叠
8、加,使得桩端力为零上行波和下钉波的速度分别为:FFFF。。~其中z为阻抗,Z:p,A,可得下式:(,.,£)一·(L.)+(L,f):2F由上式可知,上行波和下行渡的速度等值且同向。在重叠区域,使得质点运动速度增加一倍再经过,一L/,,上行波到达桩顶,产生另一个反射波,该—矗n圈3动力沉桩程序流程下行渡为压缩渡。3.1工程简介而对于固定端情况曰,在日应力]波]=到冒达固定端后,将某工程试桩中采用长37ITI,外径为914mm的产生一个与入射
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