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等截面抗拔单桩承载性状研究

刘建平  
【摘要】:抗拔桩是抗拔基础的主要结构形式。目前,相比抗压桩,抗拔桩的研究较少,且主要集中在承载力上,对变形的研究更少。而且抗拔桩承载力的计算方法依然偏于保守,对抗拔桩与抗压桩在承载力发挥上的异同也不尽明确。本文围绕抗拔桩变形的特殊性、侧摩阻力发挥特点、抗拔桩与抗压桩侧阻力发挥的异同这三个基本问题,通过实例分析和有限元数值模拟展开研究。 本文分析了等截面抗拔单桩的受力变形特性。经实例分析得出:处于先期固结地基中的抗拔桩侧摩阻力与自然地基中的抗拔桩显著不同,前者桩身上部的侧摩阻力有较大提高,并在此基础上,提出了此类地基中抗拔桩极限承载力的计算公式,计算结果与试验结果能很好地相符;对长径比较大的桩,抗拔桩桩顶位移以桩身变形为主;描述抗拔桩Q-S曲线的数学函数模型有幂函数模型、指数函数模型和双曲线模型,分析得出双曲线模型模拟结果最好。 本文采用轴对称有限元法,并在桩土界面处设置面面接触单元,考虑库仑弹性摩擦作用,土体采用D-P模型,模拟了抗拔桩的承载性状,并与抗压桩进行了对比,还分析了桩径对抗拔桩荷载传递的影响。模拟结果表明抗拔桩在极限状态下的侧摩阻力比抗压桩的小,在本文设定的条件下平均抗拔系数为0.84;抗拔时桩周土体是“主动”受力状态,而抗压时土体是“被动”受力状态,这种差别导致了土体施加在桩体上的侧压力不同,从而产生侧摩阻力的差异。抗拔桩桩径对抗拔桩荷载传递产生了影响,桩径越大,发挥极限摩阻力需要的桩土相对位移越大,临界位移约为桩径的1.2%。 最后研究了三维有限元分析抗拔桩承载性状的有效性,对桩土模型做了合理的简化:土体采用线弹性模型,桩土之间没有相对滑移。模拟结果表明,简化模型在工作荷载阶段能较好地模拟抗拔桩的荷载-位移响应。


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