考虑桩头约束的水平受荷单桩响应分析

基于m法的基本假定推导了考虑桩头转动约束程度、桩身自由长度和埋深比的水平受荷单桩响应解析解,获得了更具一般性的通解形式;基于该计算公式讨论了桩头转动刚度km、量纲为一的固定因子C、桩头约束度λ三种桩头约束定量表征参数间的关系;分析了桩身埋入深度和自由长度对桩头约束表征参数和单桩响应的影响。研究表明:桩头约束度λ(即有约束单桩桩头所受弯矩与桩头嵌固条件下桩头弯矩之比)不受桩和桩周土参数的影响。通过λ取0(表示桩头自由)和1(表示桩头嵌固)之间的数值有效表征桩头约束效果;采用桩身抗弯刚度和水平地基比例系数对桩头转动刚度进行量纲归一化获得系数β,在桩身埋入深度和自由长度给定的条件下,β和λ具有一一对应关系,β成为λ与单桩和桩周土体参数间相关联的关键参数。进一步的研究表明:在β相同的条件下,刚性桩的λ值大于弹性长桩,自由长度越大桩头约束度越大;桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ的增大呈线性变化;对于刚性桩和自由长度大于2倍桩土刚度系数的弹性长桩,自由长度变化对桩头位移比(有约束单桩的桩头位移与桩头自由单桩的比)随λ变化规律的影响不大;桩身土面下最大弯矩点深度随λ的增加而增加,随自由长度的增加而减小;在λ小于0.5时,刚性桩和弹性长桩的最大弯矩点深度基本一致,且此规律不受自由长度的影响。

水平受荷单桩三维有限元模型参数分析

利用有限元分析软件ANSYS,建立了水平受荷单桩非线性三维有限元模型,经过试算,对模型参数(土体单元,桩-土界面接触形式,接触单元的刚度,土体模型的边界尺寸)的选取进行了分析,得到一些结论。这些结论对数值方法在桩-土相互作用分析中的应用具有一定的参考价值。

水平受荷单桩计算的半经验弹塑性解析解

对水平受荷单桩经典m法进行了数学简化分析,对一些需通过查表内插法选取的计算参数进行了高精度数值拟合,使得工程计算更方便快捷,并通过工程算例计算比较分析,认为拟合弹性解析解精度高、可靠快捷。另外,由于受较大水平荷载的单桩桩顶层土会出现塑性屈服变形,若仍采用经典m法计算,则桩顶水平位移明显偏小。基于提出的高精度拟合弹性解析解及塑性区平衡微分方程,通过待定系数法及理论计算,给出了考虑桩顶塑性屈服区影响下的桩顶变位半经验弹塑性解析解,最后通过算例计算比较分析,认为半经验弹塑性解析解成果与实测成果基本一致,满足工程实践要求。

膨胀土浸水过程中水平受荷单桩p-y曲线研究

为了建立膨胀土地基浸水过程中不同含水率的水平受荷单桩p-y曲线,首先开展膨胀土浸水前和浸水饱和2种工况下的水平受荷单桩模型试验,分析桩身弯矩变化规律;然后基于温度场等效湿度场理论,采用ABAQUS有限元软件对模型试验进行模拟,通过无荷载膨胀率试验和模型试验验证有限元计算模型的准确性.在此基础上,建立浸水过程中其他5种不同含水率工况的计算模型,对有限元计算结果进行了处理分析.研究得到以下结论:(1)同级荷载作用下,膨胀土浸水饱和后的桩身弯矩值比浸水前的值偏大,当荷载等级增大时,膨胀土浸水前后桩身弯矩的差值也会随之增大,此时桩身弯矩零点位置也明显下移;(2)得到了水平受荷单桩在7种不同含水率工况下的有限元计算p-y曲线族;(3)确定了膨胀土地基浸水过程中水平受荷单桩的理论p-y曲线函数表达式,并通过模型试验和有限元模拟验证了其合理性.

不同桩头约束下水平受荷单桩简化计算方法

桩头转动约束对水平加载单桩的响应有显著影响。转动刚度K和桩头约束度λ是常用的桩头转动约束表征量。该文采用p-y曲线法分析了砂土中水平受荷竖直弹性长桩响应随K和λ的变化规律,提出了桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ变化的经验公式。基于上述经验公式和特征荷载的归一化表达式,提出了给定K或λ情况下计算桩头位、桩头弯矩、土面下桩身最大弯矩及其埋深位置的整套简化计算方法。该简化方法实现了考虑桩头转动约束单桩非线性响应的手工计算。该方法与p-y曲线法对比验证了该方法的准确性。

APDL编程技术在水平承载桩分析中的应用

利用Ansys参数化编程语言APDL,编写了水平受荷单桩三维有限元模型的后处理程序,从有限元计算结果中提取桩身内力以及桩周土反力数据,并将提取的数据与试验实测值进行了对比。结果表明:该文所计算得到的数据与原位试验实测值较为接近,验证了三维有限元模型及后处理程序的正确性和可行性。笔者编制的后处理程序能有效地应用在桩土相互作用体系的计算中,对工程设计工作具有一定的参考价值。