叶片可伸缩钢管螺旋桩结构的承载特性及设计方法

为了实现钢管螺旋桩结构和多功能一体化,进一步提升其在实际工程中的应用,提出了一种具有良好机械施工性能的叶片可伸缩钢管螺旋桩装置.利用非线性有限元软件Abaqus,研究了叶片外伸长度和叶片布置方式对钢管螺旋桩下压和上拔承载特性的影响.研究结果表明:在桩身直径不变的前提下,叶片外伸长度越长,其承载性能越好;全投影型叶片的布置方式要优于三叶型布置方式.同时,通过分析桩体可伸缩叶片周围土体的应力扩散,具体讨论了上拔载荷作用下螺旋桩-土相互作用规律.该研究将对螺旋桩结构的多功能化设计及其承载特性评估具有理论指导意义.

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。

砂土中螺旋锚上拔承载力与安装扭矩之间的关系研究

基于螺旋锚锚盘承载模型,根据竖向上拔承载力与安装过程中抵抗扭矩间的关系,提出了一种安装扭矩理论模型。在此基础上,利用该模型研究了螺旋锚结构参数和土体密实程度对安装扭矩的影响。研究结果表明:当达到或超过临界旋入深度时,安装扭矩增幅相对减弱;螺旋锚的直径比、锚杆尺寸以及土体密实程度对安装扭矩影响较大;螺旋锚尺寸越大或者砂土越密实,安装扭矩变化越明显,锚盘所产生的抵抗扭矩占总安装扭矩的比重也越大,锚盘抵抗扭矩占比在66%~88%之间;安装扭矩亦敏感于锚盘数量,当锚盘数量大于3时,安装扭矩增幅逐渐减弱;锚盘倾角对安装扭矩的影响呈线性关系。

桩土相互作用的钢管螺旋桩水平动力响应研究

为了研究桩体结构和土体主要参数对钢管螺旋桩水平动力响应特性的影响,基于等效刚度的方法,将螺旋桩等效为同等内径的管桩,建立了钢管螺旋桩-土耦合作用的水平振动响应模型.在考虑桩周和桩芯土体边界条件的情况下,利用初参数法对钢管螺旋桩的水平振动微分方程进行了求解,得到了钢管螺旋桩桩顶的水平动力阻抗.研究结果表明:当螺旋桩长径比(L/d)较小时,长径比对螺旋桩水平动力阻抗的影响明显;螺旋桩外径、叶片数量、土体泊松比、土体剪切波速与桩体纵波速之比对螺旋桩水平动力阻抗影响较大;但桩体叶片外伸比、叶片倾角等结构参数对螺旋桩水平动力阻抗影响较小.该研究对钢管螺旋桩基础的结构设计及其实际工程应用具有重要的参考价值.

砂土中钢管螺旋桩安装扭矩的研究

为了能够准确预测钢管螺旋桩的承载能力,以满足工程机械高效施工作业的需求,对钢管螺旋桩的安装扭矩进行了研究.给出了砂土中钢管螺旋桩安装扭矩的理论计算模型,考虑到安装过程中土体扰动,引入螺旋进给率这一衡量土体扰动的指标,同时进行现场实验以验证模型可靠性.研究发现:叶片螺距与直径的比值p/D对安装扭矩有重要影响,为了让叶片运动轨迹一致,叶片间距S取螺距p的整数倍,结果表明p/D在0.2~0.3之间较为合理.此外,安装扭矩与抗拔承载力存在一定的关联,可对钢管螺旋桩进行抗拔承载力预测.

螺旋桩水平动力响应特性受几何结构影响的模型实验

为了讨论桩体几何结构对螺旋桩水平动力响应特性的影响,通过自制的桩土动力相互作用模型实验平台,对砂土中不同材质、不同几何结构的螺旋桩模型的水平振动响应特性进行了研究。作为对比,给出了直桩模型的水平动力响应特性。具体分析了桩体几何参数(距宽比S/D、叶片外伸比D0/D)、载荷幅值(F0)、振动频率(f)对直桩和螺旋桩模型水平动力响应的影响。实验研究表明:直桩和螺旋桩模型的共振频率都随载荷幅值增大而减小;在同一水平激励荷载下,螺旋桩的共振频率和桩顶水平位移随叶片外伸比(D0/D)的增大而减小,但对叶片外伸比不敏感;螺旋桩的共振频率基本不随距宽比(S/D)的变化而改变;对比钢质与ABS材质螺旋桩可知,不同材质螺旋桩的水平动力响应趋势基本一致,但需要指出的是,ABS材质的螺旋桩桩顶水平位移更大,动力响应更加明显。