基于非线性应力应变关系的桩身压缩量计算.pdf

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1、研究与探讨广东建材2011年第11期基于非线性应力应变关系的桩身压缩量计算张伟东(富阳市大运建筑工程检测有限公司)摘要：桩身压缩量占整个桩基沉降的很大一部分，已经成为控制桩基沉降的重要内容，正确的计算桩的压缩量对准确预测桩基沉降有重要意义。本文在分析桩身钢筋混凝土受力变形特性的基础上，通过在桩身中埋设应力计实测了桩的应力应变曲线，在该非线性应力应变的基础上计算了桩身压缩量并同恒定变形模量基础上进行了对比分析，分析表明通过非线性的桩身混凝土应力应变关系计算出的桩身压缩量与实测值更接近。随着建筑等上部结构要求的逐渐提高，沉降控制已f成为桩基设计的重要内容。桩的沉降可以分为桩身压缩和桩端沉降两部

2、分，对于长桩特别是超长桩而言，桩身／1．压缩占整个桩基沉降的很大一部分，超长桩的桩身压缩／＼能够占到整个桩基沉降的80％以上，因此桩身压缩计算／＼、＼C／的准确度对整个桩沉降的预测有重要意义。另一方面，A桩身压缩影响到桩身某一断面处位移的计算，继而会影。白口¨=；¨呲响到桩侧土层荷载传递函数的测量，因此正确的计算桩图1典型的混凝土应力一应变曲线的压缩量有重要的实际意义。如图1所示，在o／f。<0．3(f。为峰值应力)为由于混凝土的应力应变曲线的非线性特性，造成混弹性阶段，之后为弹塑性阶段。裂缝持续慢速发展，混凝凝土弹模随着应力水平而不断的降低，混凝土的模量是土表现为弹塑性，当0／f>0．7

3、5时，裂缝达到临界长随着材料、应力状态、应力路径等因素而改变的，现在的度，裂缝贯通，结构开始崩溃。混凝土在正常使用情况下桩身压缩计算采用的是混凝土的初始模量，也就是其弹混凝土处于弹性或弹塑性阶段，其应力应变曲线可以用性阶段的弹性模量，这种算法没有考虑到混凝土的三项下式表示：受力状态，同时也没有计入钢筋的影响，仅是刚桩当桩素混凝土柱来考虑，因此有必要对桩身混凝土的压缩计一+(3—2a)(÷+(a一2)(÷一)算方法进行一定的修正。(式1)本文在分析桩身钢筋混凝土受力变形特性的基础其中￡为f相对应的混凝土峰值应变值。o上，通过在桩身中埋设应力计实测了桩的应力应变曲为混凝土应力应变曲线上升段的参

4、数。线，在该非线性应力应变的基础上计算了桩身压缩量并对应桩身混凝土而言，一方面受到了土的侧向约束同恒定变形模量基础上进行了对比分析。作用，另一方面，混凝土灌注桩普遍使用的螺旋箍筋对1桩身钢筋混凝土的轴向力学特性内部混凝土也有约束作用，其受力变形特性与上述曲线不同，桩身混凝土处于二轴或三轴受压状态，室内试验混凝土是一种有水泥、细骨料、粗骨料、水、添加剂表明混凝土二维抗压强度高于单轴抗压强度，并随着应等按一定配合比进行拌合后再经过注模、振捣、养护等力比的变化而变化，呈抛物线型。其应力应变关系可以形成的人工材料，在其硬化过程中，由于其不均匀性内采用Park模型用下式表达：部会产生局部应力，可能会

5、产生一些微小的裂纹，混凝土在受力中这些裂纹逐渐的扩展，最终贯通而破坏。典。=Kf[一()](式2)型的应力一应变曲线如图1所示。一82～广东建材2011年第11期研究与探讨其中K为混凝土强度提高系数。l6∞014GO0也可采用Sheikh模型用下式表示：I2000o．)o一￡+e(式3)￡‘￡：s1．SL督删o其中f为约束混凝土抗压强度，e为达到应力40002帅0峰值时对应的应变值。02桩身混凝土应力应变曲线的实测图2桩身混凝土应力应变关系拟合曲线桩身实际混凝土的应力应变关系不同于上述室内试验得出的钢筋混凝土本构关系，一方面，混凝土受到该拟合曲线的决定系数Rz为0．9934，说明该拟合周围

6、土的限制作用，另一方面混凝土为水下和地下浇的可靠度较高。筑，影响混凝土变形模量的因素较多，因此通过实测方通过该实测的应力应变曲线，并根桩桩身每一断面式得出桩身的应力应变曲线对深入了解桩身压缩特性由钢筋应力计计算的桩身轴力分别，计算得到桩身压有重要意义。为了实测桩身混凝土的应力应变关系，在缩，同时也计算了假定桩身变形模量恒定的桩身压缩，桩顶位置埋设钢筋应力计，通过钢筋应力计计算得到该并同实测的桩身压缩进行了对比，对比结果如表1：位置处的应变值，继而得到该桩桩身混凝土的变形模量表1桩身压缩量计算与实测值对比ll非线性关系『线性关系l实测值f随荷载的发展情况。l压缩值(唧)I20．1ll7．4l

7、22．3l钢筋应力计实测值为钢弦振动频率，钢筋受力与频率的关系为：从表1中可以看出，通过非线性的桩身混凝土应力P=K(Fi2-Fo2)+B(式4)应变关系计算出的桩身压缩量与实测值更接近。其中K为标定系数，F为某一级荷载下i端面钢弦4总结振动频率，F。为钢弦初始振动频率，B为计算修正值。本文在分析桩身钢筋混凝土受力变形特性的基础得到i端面的钢筋轴力以后，通过下式计算该断面上，通过在桩身中埋设应力计实测了桩的应力应变曲钢筋