复杂荷载作用下基桩有限杆单元法探究

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1、复杂荷载作用下基桩有限杆单元法探究　　[摘要]假定桩身位移为三次幂函数，基于传统有限杆单元法，结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系，导得了计入P-Δ效应，具有统一形式的杆单元刚度矩阵，由此得出成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向分散集中荷载综合作用下考虑桩身倾斜影响基桩内力位移分析的有限杆单元法。结合某具体实例，对基桩内力及位移进行了计算分析。结果表明：有限杆单元方法用于复杂荷载下基桩计算分析是有效的，具有应用价值，并得出结论：桩身自重对桩基受力性能无显著影响。[关键词]桩基础；倾斜偏心荷载；有限

2、杆单元；P—Δ效应StudyonapplyingfinitepoleelementmethodtoanalysisofpilesundercomplexloadsCAIFeng(CollegeofCivilEngineering,HunanUniversity,Changsha,Hunan410082,China)Abstract:Thehorizontaldisplacementofpileisassumedtobeintheformoflongitudinally11cubicpowerfunction,improvedpoleelementequatio

3、nwithconsiderationofP-Δeffectwasderivedfromthetraditionalfiniteelementmethodincorporatingthemoment/horizontal-displacementrelationshipandshear/horizontal-displacementrelationshipinferredfromdifferentialequationofpilesunderinclinedandeccentricloads.Andthenthepoleelementmethodwasprese

4、ntedtocalculatedisplacementandstressofpilesunderinclinedandeccentricloads,moments,weightofpiles,horizontalandverticaldistributedloads,scatteringverticalforcesandsoil-pilefrictionconsideringtheeffectgeneratedbyslightinclinationofpiles.Theaccuracyofthemethodisdemonstratedthroughitsapp

5、licationinarealproject.Casestudywasdonefordisplacementandstresscalculationofpilesunderundercomplexloads.Finallyconclusionsweredrawnasfollows:(i)theimprovedfinitepoleelementmethodwasprovedtobeaneffectivemethodforpileanalysisundercomplexloads;(ii)therewouldnotbegreat11differencebetwee

6、nthecalculatedresultsofdisplacementandstressofpileswithweightofpiles.Keywords:pilefoundation;eccentricandinclinedloads;finitepoleelementmethod;P-Δeffect中图分类号：S969.1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）工程实际中的桩基单纯承受竖向或横向荷载的情况很少，往往同时承受上部结构传递的竖向荷载及水平荷载的共同作用或倾斜偏心荷载作用，如桥梁的桩基受横向车辆的制动力产生的水平力、竖向车辆荷载及桥

7、梁自重作用等。由于倾斜荷载作用下桩基的荷载传递过程和破坏机理比单一竖向荷载或水平荷载作用时要复杂得多，工程中往往采用简化的计算方法，即将桩顶竖向力和水平力分开计算，再根据小变形叠加原理计算桩身的内力和位移，并引入偏心矩增大系数近似考虑P—△效应。当横向荷载较大且且土质较软时，这种应力叠加的方法难以准确评价倾斜偏心荷载作用下桩身的内力和位移。因此，当桩顶横向荷载及桩身横向挠曲变形较大时应考虑轴、横向荷载间的非线性影响。20世纪7011年代横山幸满给出了地基系数为常数时单层地基中倾斜荷载作用下单桩内力及位移的解析解，并指出应力叠加原理在某些情况下采用是不适用的[1

8、]。而后王用中、张河水利用势能原理导得