弹性扩底长桩水平荷载试验研究与数值分析

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随着我国经济的快速发展,大量的超高层建筑、海上石油钻井平台、深水港口等不同形式的建筑物的出现,在要求桩基础具有竖向高承载性能、低沉降速率的优点,同时还要能够承受一定的抗拔和水平受荷的作用。本文对弹性扩底长桩的国内外研究现状进行了总结,阐述了水平受荷桩的分类、工作性状、破坏机理以及水平承载性能的影响因素,并对桩体水平承载特性研究方法和理论进行了简单的介绍。然后以某商住房试桩试验为基础,通过对比分析实验数据,研究了弹性扩底长桩的水平承载性能。并用ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,通过改变模型的扩底直径、桩身直径、桩体材料强度、桩周土体的弹性模量等因素对弹性扩底长桩桩土作用进行了研究,为弹性扩底长桩在工程上的设计、应用提供理论依据。本文主要结论如下:(1)由试桩的H-Y0和H-ΔY0/ΔH曲线可以清楚地观察到,在水平荷载不断增加的过程中,大直径弹性扩底长桩桩体与周围的土体经历了弹性、塑性和破坏三个阶段。(2)对试验所得到的数据进行分析,综合考虑各种判定条件得到了试桩S1与试桩S2的水平临界荷载值、水平极限承载力值和水平承载力特征值以及所对应的桩顶水平位移分别为:420KN/9.7mm、480KN/6.63mm、660KN/45.3mm、720KN/30.74mm、336KN/7.92mm、384KN/3.58mm。(3)水平抗力系数的比例系数m与桩顶位移和桩顶施加的水平荷载具有比较明显的非线性关系,可以分别用公式m=a·eb·H和m=aYb0来表示,并对弹性扩底长桩水平承载力的设计修正提供了必要的参数。(4)改变弹性扩底长桩的扩底直径与桩身材料强度等级对桩身水平位移以及桩身的零点基本无影响,而桩身直径对桩体水平承载性能影响比较大,但是在具体的工程项目中硬综合考虑经济、施工技术以及设计要求等因素来选取合理的桩径以及桩身材料强度等级。(5)桩周土体弹性模量的提高增强了桩周土体的水平抵抗能力,进而提高了弹性扩底长桩的水平承载性能。
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