水平静力荷载作用下桩伴侣工作性状有限元模拟及与无伴侣构造形式的比较分析

借鉴现浇混凝土大直径管桩(PCC桩)水平承载足尺试验和数值模拟的成果,建立水平荷载作用下多个构造形式有无伴侣的单桩有限元数值模型。对比计算与分析表明,对于低承台桩基设置桩伴侣可确保承台向地基土传递水平荷载,成倍减小基桩的应力和位移;对于桩身范围地基土模量低的低承台桩基的水平承载性状也有一定的改善;配备桩伴侣后,将桩与承台的连接方式由刚接改为铰接也能大幅度减小桩身内力,桩顶与承台的距离可单纯考虑竖向承载力和变刚度调平基础底板沉降的需要;设置桩伴侣后可取消褥垫层;桩伴侣的高度变化对水平荷载作用下桩内力和位移影响很小;在罕遇地震等荷载工况下,桩伴侣可作为耗能构件,首先牺牲伴侣,避免或延迟桩头的破坏。

桩伴侣与基桩抗震的概念设计

地下室外墙、承台侧壁等侧向构件承担水平荷载具有很大的不确定性,常规采用的低承台桩基有可能承受较大的甚至导致破坏的水平力,建议用桩伴侣改善传统基桩的构造形式,特别是对于承台与桩间土摩擦力小或者桩身范围地基土模量低的两类状况。在罕遇地震时,作为抗震概念设计的耗能构件,首先牺牲伴侣,避免或延迟桩头的破坏;复合地基如果设计不当会破坏或削弱褥垫层隔震的效果,可在伴侣与桩之间预留缓冲空间。

复合地基承载力和抗震性能初探

地基处理最终沉降量和理论计算值往往存在一定的差异,静载试验时桩头状态的改变会明显影响到沉降曲线,这就为人为地创造一种预定的更合理的沉降曲线提供了依据。褥垫层的设置使每根桩相互独立,桩、桩间土和基础变形不同步,削弱了结构整体抗震性能。而采用"桩伴侣"作为构造措施,桩顶预留沉降,使复合地基桩在高度范围内对地基土形成一定的约束,在提高竖向承载力的同时也提高了地基土的水平承载力。