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随着我国改革开放的深入发展,城市规模也急剧扩张,大厚度软土分布区的开发利用和建筑、桥梁工程在这些地区的出现,超长PHC管桩的使用成为必然。影响超长桩承载性能的因素较为复杂,其受力机理和承载变形特性还比较模糊。各规范也都未对超长桩的设计计算作出特殊规定。本文基于珠海保税区9根PHC管桩的现场静载荷试验和理论分析,主要包括以下几个方面的内容。
(1)进行了深厚软土地基中不同长度超长PHC管桩的现场竖向静载试验。通过埋设在桩身的应变片,直接测定各级荷载作用下桩身的应变,计算摩阻力及桩端阻力,对荷载.沉降曲线、桩身轴力和桩侧摩阻力的分布特征进行了分析,同时还对高应变动力试验结果和静载试验结果进行了比较分析,得出了一些有益的结论。
(2)进行了深厚软土地基中超长PHC管桩的现场水平静载试验。通过桩身应力测量元件及桩顶的水平位移百分表,测定各级荷载作用下桩身的应力及桩顶的水平位移,求得侧向地基反力系数,得出了弯矩、土抗力等沿桩身的分布及不同深度处的p-y曲线,以确定实际工程桩在水平荷载作用下的受力特性。
(3)采用通用软件ABAQUS对PHC管桩的竖向受力特性进行了有限元分析。土体采用修正Drucker-Prager本构模型,桩采用经典弹性模型,桩土界面利用基于库伦摩擦模型的点面接触形式。桩和桩周近域土体采用4结点轴对称减缩有限单元,桩周远域土体采用无限元,进行有限元.无限元的耦合分析。利用经试验验证的有限元模型对深厚软土地基中超长PHC管桩的承载性能的影响因素进行了参数分析,分析结果揭示了深厚软土地基中超长PHC管桩的竖向荷载传递机理。
(4)采用通用软件ABAQUS对PHC管桩的水平承载性能进行有限元分析。PHC管桩桩体材料采用线弹性模型,利用三维完全积分非协调一阶单元C3D81。对于桩周土体采用修正Drucker-prager弹塑性模型,利用三维减缩积分一阶单元C3D8R。桩端与桩周接触都采用点面接触,接触本构模型采用小滑动库仑摩擦模型。分析了桩刚度、桩直径、桩侧土体侧向压力系数、桩侧土体摩擦角和泊松比等因素对PHC管桩的水平承载性能的影响。同时,还利用p-y曲线对在均匀地基和层状地基中水平荷载作用下PHC管桩的承载性能进行分析。
(5)在m法假设的前提下,从弹性桩的挠曲微分方程出发,考虑桩身自重、桩侧摩阻力和桩侧土抗力的影响,推导了管桩在竖向和水平荷载共同作用下,桩身变形、内力和桩侧土反力的计算公式,分析了复合荷载作用下管桩的承载性能。利用软件ABAQUS分析了淤泥和砂质粘性土中竖向荷载的作用对基桩水平承载性能的影响以及水平荷载的作用对基桩竖向承载性能的影响。通过变换参数分析了不同自由长度及不同土体中基桩的纵横向承载性能。
(6)考虑地基系数按m法分布,计入桩侧摩阻力的影响,基于能量法对深厚软土地基中超长PHC管桩的屈曲稳定性能进行了分析。同时,还通过有限元软件ABAQUS,采用修正弧长法对超长PHC管桩的后屈曲性状进行了分析。