基于能量法的受扭基樁受力變形分析方法及其數(shù)值模擬.pdf

1、樁基礎(chǔ)憑借其承載力高、沉降小、施工方便以及較強的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境適應(yīng)能力等諸多優(yōu)點在基礎(chǔ)工程中被廣泛使用。對于跨海大橋、城市立交橋、海上鉆井工作平臺或風(fēng)力發(fā)電塔等建筑物中的樁基礎(chǔ)，除承受常規(guī)豎向荷載外，由于樁頂?shù)牟痪鶆蚧蚱乃搅?、?cè)向沖擊荷載或地震力等作用而產(chǎn)生較大扭矩。現(xiàn)有的常規(guī)設(shè)計方法一般不考慮扭矩的影響，而扭矩的存在會加速基樁的破壞，從而導(dǎo)致難以合理地評價樁身承載力，有時甚至使設(shè)計偏于不安全而危及上部結(jié)構(gòu)。為此，本文基于已有研究工作

2、和成果，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目(51378197)，對更接近實際的一般性地基中的受扭基樁進行了理論分析與數(shù)值模擬研究，主要工作如下:
　　首先，假定樁側(cè)地表處地基土剪切模量為非零值（已有方法多假定為零）且隨深度呈冪函數(shù)分布，引入虛土樁法建立出樁土體系的總能量方程后，基于最小勢能原理由變分法分別導(dǎo)得樁身及土體的受扭控制方程，進而采用有限差分法獲得樁身扭轉(zhuǎn)角的差分方程式。然后，將樁周土體視為理想彈塑性材料，給出了塑性狀態(tài)下的單樁受扭

3、分析方法，并利用MATLAB編制了計算程序，再將計算結(jié)果與已有方法及實驗結(jié)果進行了對比驗證。在此基礎(chǔ)上，通過參數(shù)分析獲得了樁身剪切模量Gp和樁徑r0以及土體剪切模量非零因子αg和系數(shù)n的取值對樁身扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　其次，將單層土地基中基樁受扭分析方法推廣至更為復(fù)雜的成層土地基，基于各分層土地基土體剪切模量呈冪函數(shù)分布的假定，建立了雙層非均質(zhì)地基中樁土體系的能量方程并獲得其受扭控制方程，進而采用有限差分法獲得樁身扭轉(zhuǎn)角的差分