自平衡试桩荷载–沉降曲线的解析算法研究 11

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1、自平衡法试验上段桩荷载-位移曲线的实用解析算法陈龙珠陈欣尧奚笑舟（上海交通大学船建学院安全与防灾工程研究所，上海200030）摘要：自平衡法试验是一种新的基桩静荷载试验方法。本文采用双折线荷载传递函数，推导了自平衡法试验中上段桩的荷载-位移曲线的解析算式，其中考虑了桩身重力作用的影响，并与工程实测数据进行了初步的比较分析。本文方法具有一定的可靠性，可为由自平衡法试验数据推算桩侧摩阻力、常规顶压桩的荷载-沉降曲线提供一种理论基础。关键词：基桩静载试验，自平衡法，荷载-位移曲线，解析算法。ANALYTICALEQUATIONOFLOADING-SETTLEMENTCURVEFORUPPERPI

2、LESEGMENTUNDERO-CELLPILETESTINGMETHODCHENLongzhu,CHENXinyao,XIXiaozhou(InstituteofEngineeringSafetyandDisasterPrevention,OceanandCivilEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030)Abstract:TheO-cellpiletesting(OPT)methodisanewstaticloadtestingmethodofpile.Inthispaper,asetofanalyticalequati

3、onsoftheloading-settlementcurveforupperpilesegmentwithOPTwereestablished,inwhichpilelateralsoilwassimulatedwithbilinearload-transferfunction,andself-weightofthepilehasbeentakenintoaccount.Theresultwasalsocomparedwithhistoryengineeringcases.Themethodmentionedinthispaperisquitereliable,itcanbeusedas

4、atheoryguidetogettheforceoffrictionbetweenpileandsoil,andalsoloading-settlementcurveoftraditionalloadingtestwithOPTdata.Keywords:staticloadtesting;O-cellpiletestingmethod;loading-settlementcurve;analyticalsolution1引言自平衡试桩是一种新的基桩静载试验方法。试验前，在桩端或桩身某合适的截面处预先埋设专用荷载箱。试验时，通过荷载箱对其上、下段桩身施加荷载，使上段桩身逐渐上抬并激发出桩

5、侧摩阻力，同时下段桩受力下沉并使桩侧摩阻力、桩端阻力得以逐步发挥，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。随着荷载箱出力的不断增加，上、下段桩的位移不断增大，直到两者之一或同时出现破坏现象，试验终止。图1自平衡法试桩加载示意图及典型试验曲线Fig.1SketchofOPTloadingandtypicaltestingcurve7自平衡试桩的主要装置是特殊设计的液压千斤顶式荷载箱，内由一个或多个千斤顶并联而成，并按不同的桩型、截面尺寸和荷载大小设计制作。荷载箱主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成，并连有油压管、位移棒伸出桩顶，以便加载和测量荷载箱顶、底板的向上、向下位移。通过试验加载过程中位

6、移和压力的唯一对应关系，可获得上、下段桩的位移-荷载曲线（如图1），再对此按一定的理论转换方法换算成常规顶压桩的荷载-沉降曲线，并由此或直接由其它简化公式确定基桩的抗压极限承载力。由自平衡法试验数据推算常规顶压桩的荷载-沉降关系曲线，目前国内外已有的方法主要有三种[1]：按向上、向下位移相等的原则转换，按向上、向下荷载相等的原则转换，荷载传递法（也称精确转换法）。在这三种方法中，最后一种涉及到测量桩侧摩阻力分布和桩端力，包含了更多的桩-土系统特性的信息。荷载传递法通常是将桩划分成若干个弹性段，土对每段桩的作用以荷载传递函数来模拟，再由静力平衡和弹性力学理论可导出桩身受力与变形关系的基本微分

7、方程。荷载传递法概念简单，只要确定了桩侧和桩端的荷载传递函数及其参数，在经过较为简单的计算后便可得到单桩的荷载-沉降关系曲线，因而得到广泛的应用。在实际应用中，可以根据已有的实测资料，将桩-土荷载传递函数近似取为双曲线函数﹑指数函数﹑幂函数或若干种函数的组合。国内外实测资料表明，双曲线函数通常能较好描述软土地区桩-土间的荷载传递特性。但由于直接采用双曲线函数求解微分方程困难，人们对此又做了一些简化处理，如陈龙珠[2]等将