超长桩荷载-沉降曲线拟合分析

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1、超长桩荷栽一沉降曲线拟合分析超长桩荷载一沉降曲线拟合分析姜英波1刘发文2方鹏飞1(1浙江大学宁波理工学院，宁波315100；2黑龙江地矿局勘察一院，157011)摘要虽然超长桩教大量使用．但至今超长桩的荷载传递机理研究和超长桩的实测资料都十分缺乏。本文利用荷载传递法。考虑弹塑性荷载传递函数和混凝土的Kent—Park本构模型，对超长桩的承载特性进行数值拟台分析。针对分析过程中土性参数难以选择的』可题，对某一具体工程采用反分析法求出土性计算参数。同时利用这些参数得到超长桩的Q—s曲线及桩身轴力分布。计算结果

2、与实测结果吻合较好．表明浚方法是切实可行的。一、鄹吾单桩的荷载一沉降曲线是桩、土体系荷载传递、桩侧摩阻力和桩端阻力发挥性状的综合反应。由于桩一土系统的相互作用过程是非常复杂的非线性力学系统，在实际工程中对桩基的设计仍处于半理论半经验状态【11。近年来，随超高层建筑的迅猛增多，超长桩的使用日益频繁。许多理论研究与实测结果表明L2n”，超长桩为纯摩擦桩或端承摩擦桩；超长桩承载力充分发挥所需桩顶沉降较大，其荷载一沉降曲线具有缓变型。在实际工程中，一般很难用单纯的静载试验来确定超长桩的极限承载力，究其原因主要是经

3、济条件的限制，试桩一般采用工程桩，荷载仅加到桩设计荷载的两倍即停止试验，而不是加载到桩破坏(极限荷载)。实际工作中一般采用现场测试和计算机模拟分析等手段对超长桩承载性状展开研究。目前，计算桩荷载一沉降曲线的方法主要包括：(1)荷载传递法；(2)弹性理论法；(3)剪切变形法；(4)其他方法。荷载传递法以其力学概念清楚，计算简便等特点，在工程上应用非常广泛L1J。根据现有超长桩桩身荷载传递的实测结果进行反分析，得出桩、土力学特性参数．可以利用这些参数预测类似场地中不同桩径、不同桩长的单桩承载性状。二、桩土系统

4、模型将桩土系统沿深度分成一系列单元，桩、土之间用非线性弹簧联系，桩端处土也用非线性弹簧与桩端联系。桩侧摩阻力与位移的关系、桩端阻力与位移关系分别用理想弹塑性和双折线荷载传递函数近似表示，见图1所示。图中，x为桩侧土弹性极限位移“L前对应的弹性抗剪刚度系数；kI、^2为桩端土弹性极限位移机前、后对应的抗剪刚度系数。研究发现，桩身混凝土在小荷载作用下是弹性的，而在大荷载作用下会产生塑性变形，符合弹塑性模型的特点。超长桩作为一种置于深层土中的结构物，由于箍筋和主筋的横向约束以及桩侧土的横向约束使桩身混凝土三向受

5、压，所以桩在大荷载作用下具有柱状混凝土的弹塑性性质。本文采用较实用的经验本构关系Kent—Park模型[4】。假设约束混凝土的抗压强31土力学厦岩土工程新进展浙江·宁波2004图1桩、土体系的简化力学模型度和峰值应变都与素混凝土相等，上升段曲线也相同，采用Hognestad的二次式a=，c[z舌一(别混凝土的弹性模量为Ep_磊da=等(1叫三、荷载一沉降曲线的计算拟合方法求解超长桩的荷载一沉降曲线的具体步骤为：(1)将桩划分为n个单元。．(2)先假定桩端处单元H底面产生位移sb，根据Qb～Sb关系可得出Q

6、b值。(3)假定第n个单元桩中点截面处位移为S7。(一般等于Sb)，然后根据r～S关系，求得相应的桩侧摩阻力％值。(4)求第n单元顶面处轴向力Q。一l=Qb-I-l-nUAI。(5)第n单元桩桩中央截面处柱的位移S7。=Sb+△s。A,S为n单元下半段桩的弹塑性压缩量，／xS：{(Qb+Qo)器。Q，。：垡强!：2旦二止；桩身压缩量的计算先根据桩身混凝土初始弹性模量Eo来进行。e=O．523S／AZ，再根据混凝土的应力应变关系求出混凝土的弹性模量E。。再代人上述方程计算AS，直至两步计算得到的△s差值小于

7、一个非常小的量。可得到△s值和E。值。(6)校核求得的S7。值与假定值是否相差一非常小量，若不符，重新假定S7。值，直到计算值与假定值差值小于一个非常小量为止，可求得Qb，Q。一l，S7。和“值。(7)再计算n一1单元，可同样求得Q。一2，S',t-t和h一1值，依次向上推移，可求得桩顶位移So和荷载Qo。重新假定不同的桩端位移，重复(2)～(7)步骤，可求得一系列相应的Q(=)分布图，同时还可得到在某一荷载作用下，某一位置桩身混凝土弹性模量的变化情况，以及桩身混凝土弹性模量沿深度的分布情况。最后可得到桩

8、顶的荷载一沉降曲线。对桩土系统的计算分析表明，各力学参数对荷载一沉降曲线的影响程度是不同的。由于荷载是由桩顶自上而下逐渐传递。桩土系统上部各参数对Q—S曲线前半部分影响较大。而32超长桩荷栽一沉降曲线拟舍分析下部各参数主要影响Q～s曲线的后半部分。对于超长桩．桩端阻力难以充分发挥，桩周土是影响Q～S曲线的主要因素[5】。为使数值分析的计算值与现场实测值的差异达到最小，采用复合形法对桩侧土剐度和桩端土剐度进行反分析。四、工程实例