斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性数值分析.pdf

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1、第31卷第5期水电能源科学Vo1．31NO．52013年5月WaterResourcesandPowerMav2013文章编号：1000—7709(2013)05—0198—04斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性数值分析龚靖，曹9，张恩铭(东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林132012)摘要：为研究输电塔扩底桩基础在斜压荷载作用下的稳定性，采用ABAQUS有限元软件，结合塔基实际受力特点，并考虑桩土接触条件建立了桩土体系三维实体模型，对斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性进行了数值分析。结果表明，随荷载倾角的增大，桩基由于桩侧土体抗力不足逐渐表现为倾覆失稳；加大各土体强度

2、参数对提高桩基极限承载力效果显著；软弱下卧层的存在及持力层厚度的变化仅对荷载倾角小于1O。时桩基的稳定性有影响。因此，运用数值模拟分析方法探讨及预测桩土的承载能力具有易行性。关键词：扩底桩；稳定性；斜压荷载；数值分析中图分类号：TU473．1文献标志码：A输电塔桩基础受力与一般建筑桩基不同，往往在受到自身重力作用的同时还承受较大水平力的作用，而在这种复合荷载作用下输电塔桩基础受力机理和破坏性状至今尚未得到完全解决。目前，对斜向受荷桩的研究已取得了一些成果，如BanerjeePK[4采用边界元法分析模拟了单桩基础在非均质地基土中受斜向荷载作用时的工作机理，并与相应试验

3、结果做了对比；李剑(a)半剖面模型(b)整体模型玲

4、5模拟了斜插式电力铁塔基础在复合荷载下的图1扩底桩基础三维网格模型三维破坏模式，推导出了桩基的极限承载力计算Fig．13Dmeshmodelofenlarged—bottompilefoundation公式，并由变形协调原理获得了铁塔基础抗倾覆型参数见表1。桩设为弹性模型，土体为M—C稳定性评价的新方法；张亚军等。研究了斜向荷弹塑性模型。载作用下抗拔螺旋桩的破坏性状，解决了选取小表1桩与地基模型参数Tab．1Modelparametersofpileandfoundation变形弹性材料代替大变形材料时原理叠加问题

5、，并获得了斜向荷载作用时承载力的计算方法。鉴此，本文利用大型通用有限元软件ABAQUS，对斜压荷载作用下输电塔扩底桩的稳定性进行了数值仿真，得到了一些有益结论，可为实际工程提供参考。2斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性数值分析1有限元模型的建立2．1水平一下压荷载空间中桩基破坏包络线特采用逐级加载法，建立了均质地基中扩底桩性数值分析的三维有限元模型，见图1。扩底桩上径为0．8根据《架空送电线路基础设计技术规定》，m，底径为2．0m，桩身长6．71TI。模型的宽度为以位移为控制指标，即桩顶最大允许水平位移为扩底桩上径的5倍，深度为扩底桩长度的1．5倍。10mm，桩顶最大

6、允许下压位移为60mm。对荷扩底桩范围内的地层土质为粘性土，桩与地基模载倾角()分别为0。、10。、20。、30。、45。、60。、90。等收稿日期：201208—29，修回日期：2012一lO—O9作者简介：龚靖(1966一)，女，教授，研究方向为输电塔结构抗震，Email：gi6625@foxmail．COrn·200·水电能源科学屈服单元部分直径)，则其持力层厚度a分别为0．5D、D、f平均+75％11．5D、2D，分析了软弱下卧层对输电塔斜压受荷桩的影响。图5为极限荷载持力层厚度关系曲线。由图5可知：①软弱下卧层仅对<10。时的扩底桩稳定性影响较大，且随持力

7、层厚度的增加，【aJa0．5D(b)aD(c)口=15D(d)Ⅱ=2D其承载力呈逐渐偏缓的增长。②越大，持力层图7不同持力层厚度下极限荷载时土体塑性屈服区云图厚度的变化对桩基稳定的影响越弱。Fig．7Cloudchartofplasticyieldzoneofsoilunderultimateloadfordifferentsupportingcoursethickness时，软弱下卧层的存在已对桩基竖向承载影响不至赫大，与无软弱下卧层时一致，持力层已足能承担上蕤部荷载，软弱下卧层未发生塑性应变。3结语图5荷载一持力层厚度关系曲线a．采用ABAQus有限元方法模拟了

8、斜压荷Fig．5Relationcurvebetweenloadandsupportingcourse载作用下扩底桩一土体失稳模式，绘制了桩基承由破坏包络线的基本形状可知(图6)，Mey—载力屈服包络线图，通过与理论公式结果比较验erhof经验公式对上硬下软双层地基同样适用。证了数值模拟结果的正确性。通过分析发现，水平一下压荷载空间中桩基破坏b．当荷载倾角大于45。时，桩侧土体强度决包络线存在一特征屈服点，其对应的荷载倾角为定了桩基的稳定性，土体失稳断裂面不再变化；随荷载临界角⋯数值模拟结果表明(图6)，0在土体强度参数的增大，桩基承载能力增强；下卧层水平一下压