桩端受竖向脉冲荷载作用下中性面应力分析

• 作 者: 李少朋
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 刚性桩 负摩阻力 一维应变波动方程 竖向地震荷载 脉冲荷载

刚性桩具有承载力高,沉降均匀等特点广泛应用于各种建筑物的基础。当桩周土固结沉降,或地表堆载等外界因素导致桩侧土沉降大于桩基,将会对桩基产生负摩阻力,负摩阻力的存在,使桩基最大应力不是位于桩顶,而是位于中性面处。近场地震具有显著的竖向加速度,竖向地震沿着桩基向上传播时,产生一个附加动应力,附加动应力传至中性面处时,中性面处的应力为静应力与附加动应力的叠加,中性面处应力将更大,安全储备降低。针对上述问题,主要研究内容包括:(1)对存在负摩阻力的桩基进行合理简化,建立考虑桩土阻尼的一维应变波动方程,通过有限差分法来求解桩端受脉冲荷载作用时桩基轴向应力特性,结果表明,附加动应力随传播距离近似线性衰减,中性面处附加动应力随桩基弹性模量增加而线性增加,随桩基半径增加而非线性增加,桩土阻尼系数的取值对中性面处附加动应力影响较小。(2)通过数值模拟分析影响桩基负摩阻力的因素,结果表明,桩基力学特性主要受1.3倍桩长范围内地表均布荷载影响,桩土摩擦系数越大,桩基轴力越大,中性面向桩顶移动;桩端土弹性模量越大,中性面轴力越大,中性面向桩端移动。(3)对存在负摩阻力的桩基在桩端施加脉冲荷载,将数值模拟结果与理论计算进行相互对比,验证理论计算的合理性。通过数值模拟竖向地震荷载作用下桩基受力特性表明,桩基中性面处附加动应力随加速度峰值增加近似线性增加,地震加速度峰值相同,强作用时间越长,中性面附加动应力越大。