竖向荷载作用下倾斜单桩性状研究

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在竖向荷载作用下,斜桩桩顶除了会产生沉降外,还会产生水平位移,桩身横截面除了存在轴力外,还存在较大的弯矩和剪力,这使得斜桩的工作性状比直桩复杂得多。目前国内外还缺乏合理的斜桩设计方法,工程实践中常借用直桩的方法设计斜桩,这显然不能准确合理地反映斜桩实际工作性状。因此,对斜桩的性状进行深入研究具有重要的理论和工程实践意义。本文首先通过模型试验研究了桩身倾角、长径比对斜桩沉降、桩顶水平位移、竖向抗压极限承载力、桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧平均摩阻力及端阻比的影响,并与直桩的性状进行了比较。结果表明,在桩顶竖向荷载作用下,斜桩沉降均大于相应直桩沉降,桩身倾角及长径比越大,斜桩沉降超过相应直桩沉降越多;桩身倾角越大,承载力比越小,而沉降比越大;斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的位置深度与倾角无关,只与长径比相关;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4~1/5桩长处。然后,采用有限元软件ABAQUS分析了桩身倾角、长径比、桩-土模量比对斜桩性状的影响。数值模拟结果说明,当桩身倾角及长径比一定时,桩侧土压缩模量越小,桩顶沉降和水平位移越大,斜桩的承载力越小;桩端土压缩模量越大,斜桩沉降越小,斜桩的承载力越大。桩-桩侧土模量比对桩身弯矩、剪力、土压力及摩阻力影响显著,而桩端土-桩侧土模量比的影响较小。最后,基于室内模型试验及数值分析结果,建立了便于工程应用的斜桩竖向抗压承载力及沉降计算方法。
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