桩身刚度对超长单桩竖向承载特性影响研究

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随着超长桩在大型桥梁及超高层建筑中的普遍运用,人们对超长桩的研究展开了大量的理论分析、现场实测及数值模拟等工作,并取得了丰富的研究成果。目前这些研究成果主要集中在对超长桩的荷载传递机理、超长桩有效桩长、超长桩竖向承载力及变形等方面。部分已有研究成果中简单提到过桩身刚度对超长单桩竖向荷载承载特性有影响,但并未展开深入研究,更没有提出相应的工程措施。本文就桩身刚度这一单独因素对超长单桩竖向承载特性影响展开了理论分析、模型试验及有限元数值模拟分析研究。通过研究得出,提高桩身刚度能够显著提高超长单桩竖向承载特性,并对提高桩身刚度方法进行了初步探讨,给出了一些工程建议。本研究得出了以下主要结论:⑴当桩身弹性模量小于300GPa时,提高桩身刚度能够显著提高超长单桩竖向承载特性;当桩身弹性模量大于300GPa时,提高桩身刚度对提高超长单桩竖向承载特性的效果已不太明显。⑵在超长单桩桩顶沉降相等的条件下,提高桩身刚度能够使桩顶荷载得到显著提高;在超长单桩桩顶荷载相等的条件下,提高桩身刚度能够使桩顶沉降得到大幅减小。⑶提高桩身刚度可以增大桩土相对位移,提高超长桩侧摩阻力的发挥程度,从而使单桩承载力得到大幅提高。⑷提高桩身刚度有利于桩顶荷载竖向传递,能够使桩顶荷载传递至更深更好的土层,从而提高超长单桩竖向承载力。⑸桩身弹性模量小于150GPa时,提高桩身刚度可以显著提高超长单桩有效桩长。超长桩有效桩长的提高能够使之获取更高的单桩竖向承载力。⑹在满足超长单桩承载力及桩顶沉降要求的条件下,通过提高桩身刚度能够减小桩长或桩径,从而可以降低施工难度,缩短施工周期,节约工程成本。
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