工字形截面樁摩阻力研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化城市的高速建設(shè)，樁基礎(chǔ)已然成為現(xiàn)如今最為廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)型式之一，樁基礎(chǔ)的作用是承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載并將荷載傳遞到樁周土層與樁端土層。在工程實踐中，絕大多數(shù)工況下的基樁均處于復(fù)合受力狀態(tài)，也即復(fù)合受荷樁，這類基樁除承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載外，往往還需承擔(dān)一定的水平荷載作用，譬如地震作用產(chǎn)生的瞬時水平力、橋梁工程中交通工具的制動力對基樁產(chǎn)生的水平力和彎矩、波浪對橋基產(chǎn)生的長期沖刷力等等，這類荷載在橋梁工程、高層建筑、重型工業(yè)廠

2、房、海上石油平臺等的樁基設(shè)計中不容忽略。為滿足基樁復(fù)合承載特性的要求，近些年來巖土工程界悄然新興起了異形樁。異形樁相比于常規(guī)樁型來講其比表面積更大一些，對提高基樁豎向極限承載力極為有利，同時還能節(jié)省原材料，降低工程造價，適應(yīng)了樁基發(fā)展的需求。異形樁主要分為縱截面異形樁與橫截面異形樁兩種，工字形截面樁作為一種新興的橫截面異形樁，施工工藝成熟，經(jīng)濟效益顯著，具有非常廣闊的工程應(yīng)用前景，但是就目前來講巖土工程界對工字形截面樁的相關(guān)研究尚存在較

3、大不足，鑒于此，本文進行工字形截面樁室內(nèi)縮尺模型試驗研究，并采用 ABAQUS有限元軟件進行數(shù)值模擬，以對不同工況下的工字形截面樁側(cè)摩阻力分布規(guī)律進行深入研究、分析，本文主要研究內(nèi)容有：
　?。?）本文首先進行工字形截面樁室內(nèi)縮尺模型試驗，采集一系列樁身應(yīng)變數(shù)據(jù)后，根據(jù)相關(guān)公式求得樁身測試截面的軸力進而繪制出樁身軸力曲線，在其基礎(chǔ)上根據(jù)公式繪制樁側(cè)摩阻力分布曲線并加以深入探討與分析，最后確定工字形截面樁的有效樁長。
　?。?

4、）在上述基礎(chǔ)上，利用ABAQUS有限元軟件對前述試驗過程進行數(shù)值模擬，在樁身軸力分布曲線基礎(chǔ)上繪制出樁側(cè)摩阻力分布曲線，并深入對比、分析數(shù)值模擬與前述模型試驗兩者的樁身軸力曲線及樁側(cè)摩阻力曲線走勢異同。通過對比分析發(fā)現(xiàn)樁側(cè)摩阻力的計算結(jié)果與試驗結(jié)果具有相同的變化規(guī)律，且數(shù)值相近，說明采用有限元分析方法及選取的模型力學(xué)參數(shù)是合理適用的。
　?。?）在上述研究成果基礎(chǔ)上對工字形截面單樁在堆載條件下的豎向承載特性加以分析。不同加載次序下

5、主要得出以下結(jié)論：
　　1）先堆載再施加樁頂豎向荷載時，本文工字形模型樁在20 kPa堆載作用下豎向抗壓極限承載力為2.0 kN左右，相比于無堆載工況下降低約33.3％。
　　2）先堆載再施加樁頂豎向荷載時，樁身軸力曲線除在第一級荷載下與無堆載時有較大差異外，其余荷載級數(shù)下的樁身軸力曲線其走勢二者大致相同；樁側(cè)摩阻力曲線情況亦然。
　　3）先施加樁頂豎向荷載再堆載時，又分為兩種工況：
　　1.堆載范圍相同堆載值不

6、同，有如下結(jié)論：同一堆載范圍下，等深度Z處樁身軸力隨著模型土表面堆載值的增大而增大，而且隨著堆載值的增大，樁身軸力曲線逐漸“外凸”，即呈現(xiàn)出單一波峰。對于樁側(cè)摩阻力來說，正摩阻力與負摩阻力的極大值均隨堆載值的增大而增大，除此之外，樁側(cè)摩阻力曲線與豎軸的交點Z1/L值（即中性點位置）依次約為0.27、0.35、0.42、0.45，即中性點逐漸下移，且下移速率逐漸減小。
　　2.堆載值相同堆載范圍不同，有如下結(jié)論：同一堆載值下，隨著堆