多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算(wq

《多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算(wq》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、主要思路一、基桩负摩阻力的产生过程，实质上是桩周土沉降与桩身之间能量交互传递的过程。二、对桩周沉降土参与桩身能量传递的研究有助于进一步认识负摩阻力的产生机理，提高计算精度。主要内容一、荷载传递模型及负摩阻力计算二、桩身能量平衡方程三、桩侧土体沉降、极限摩阻力及桩端位移计算四、计算实例五、工作中的问题六、结论一、荷载传递模型及负摩阻力计算当桩周地基土因某种原因产生的沉降量大于桩身沉降时，土与桩侧表面将出现向下的负摩阻力。目前求解桩侧负摩阻力的方法大致可分为简化法、弹性理论法及荷载传递法等。但各种方法均未考虑桩侧沉降土体重力势能损失对基桩负摩

2、阻力发展过程所产生的影响。而桩侧土体的势能损失是桩身负摩阻力产生的主导因素之一。建立一个描述该能量传递过程的能量平衡方程。从讨论桩身变形能与外力做功之间的关系出发，将能量法方程引入负摩阻力的数值计算。1.桩与桩周土的单元分割在桩长L范围内,层状地基土用n+1个节点分割成n个层元,每个层元厚度均为h。桩身分割成n个杆单元，节点自由度为1，即只考虑节点竖向位移。假定桩身的存在不破坏半空间土层的连续性将桩视为具有抗压刚度的不占体积的杆(、分别为桩的弹性模量和截面积)2.荷载传递模型地基中某点土体沉降为该点的桩身沉降为采用佐藤悟荷载传递模型可得到

3、任意深度处摩阻力如右式所示式中为与极限摩阻力相对应的桩土相对位移3.负摩阻力的计算计算桩身第i单元摩阻力时，需要分别求得i-1节点与i节点的桩土相对位移。设则桩身第i单元沿单元桩长单位面积上的摩阻力为二、桩身平衡方程假定桩身不产生塑性变形，忽略桩侧土压力对桩体产生的横向变形，则弹性桩身在竖直方向满足能量守恒,由此推得桩身能量平衡方程。由桩身的变形位移协调关系可推导出桩身的位移协调方程。将两个方程联立，即可迭代求解桩身各单元轴力、摩阻力以及位移。1.桩身能量平衡方程桩身在土中的总势能由桩身变形能及势能增量两部分组成由功的互等定理可知，桩的轴

4、向总势能等于作用于桩身的外力所做功之和。即:桩身变形能与势能变化量之和等于桩身的外力所做功之和将上式展开，移项可得：上式以整体桩身为分析对象，即桩身i个单元能量平衡的叠加。若以桩身单元i为分析对象，如图所示，则有单元i的平均位移：单元i的位移变化率：以微段为隔离体考虑桩身的能量平衡方程为：将代入可得将上式展开后合并同类项将此方程分离变量两式相减可得2.桩身位移协调方程桩身第i单元第i节点作用有节点力和沿桩周均布的摩阻力，第i+1节点作用有第i单元的桩身自重和，这里规定轴向向下的力为正，反之为负。由此可得为桩顶荷载，作用于节点1。为桩端底部

5、的轴向力，等于桩身各处摩阻力的合力，与桩端反力大小相等，方向相反。3.两个方程的联立12在迭代过程中桩顶轴力P(0)为已知条件，桩顶位移Sp(0)为迭代初始值，为预设条件。利用公式2求出单元底部位移Sp(i+1)，以及单元上下部的桩土相对位移X(i),X(i+1)；进而利用公式1求得单元底部轴力P(i+1)。三、桩侧土体沉降、极限摩阻力及桩端位移计算桩侧土体沉降和桩端位移的计算均采用Boussinesq解极限摩阻力的求解采用有效应力法1.桩侧土体沉降位移计算假定土体为弹性半空间体，在集中力作用下产生沉降。当地表处土体沉降为已知时，土体的位

6、移函数Boussinesq解为式中为土体泊松比；为土体弹性模量；为深度；为基础半径。2.桩侧土体剪应力计算将地基土的第i层元隔离分析，则该层元处的极限摩阻力为式中：为土的有效重度(kN/m3)；为土的侧压力系数；为土的有效内摩擦角；为均布荷载；为摩阻力影响系数上式表明计算每层层元的极限摩阻力时，将该层以上的土层视为上覆均布荷载考虑。计算第1层土的极限摩阻力时，即为地面均布荷载；计算第i层土时，为1～(i-1)层土的自重与地面均布荷载之和。3.桩端位移计算假设桩端以下土的应力应变符合线性关系，由Boussinesq公式得到桩端位移与桩端荷载

7、的关系为式中，为桩端轴力；为桩端下卧土层压缩模量加权平均值。四、计算实例某高速公路桥台桩基础地层中有约13m厚的淤泥，在填土高3.3m、4.5m的情况下，对2根直径1.5m、长28m的钢筋混凝土灌注桩进行了桩身应力、应变和桩周土分层沉降的测试。试桩桩侧及桩端土性参数见表1.计算(1)沿桩长设置101个节点，将桩与土层分割为100个桩单元与土层元。桩体弹性模量取值为25GPa，土体压缩模量取值为30MPa；(2)桩顶平面以上的堆载按均布荷载考虑，与实测一致，桩顶不受堆载直接作用；(3)地面填土高度为3.3m与4.5m时，地表沉降取实测值13

8、9mm与188mm；(4)的取值考虑桩土相对位移小于等于时的情况，忽略土的拉裂破坏所引起的塑性软化效应；(5)对第i单元进行桩土相对位移计算时，因计算时，为待求未知量，不能直接求出。此时考虑到