高樁碼頭樁豎向荷載下靜動(dòng)力學(xué)行為研究.pdf

1、近幾年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，樁基礎(chǔ)在高層建筑、橋梁、港口碼頭等工程中廣泛應(yīng)用，并逐漸向多樁型、大直徑、超長(zhǎng)樁方向發(fā)展，樁基設(shè)計(jì)理論也取得了非常迅猛的發(fā)展。復(fù)合地基理論、疏樁理論、樁基與上層建筑協(xié)調(diào)工作理論、打樁動(dòng)力學(xué)、樁基無(wú)損檢測(cè)理論等相繼問(wèn)世。然而，由于土的變異性以及樁-土相互作用的復(fù)雜性，關(guān)于樁基的理論研究仍有許多待完善的方面。 港口高樁碼頭所處的沿海地區(qū)，一般上部均覆蓋幾米到十幾米厚的第四紀(jì)覆蓋層，均質(zhì)性差，還時(shí)

2、常伴有雜填土及淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土，復(fù)雜的工程地質(zhì)性質(zhì)造成樁基承受的力學(xué)行為非常復(fù)雜；由于碼頭結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，樁基礎(chǔ)在海底泥面以上的樁自由段較長(zhǎng)，在豎向靜動(dòng)力荷載共同作用下，其承載性狀更加復(fù)雜，樁基更容易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。因此，開(kāi)展碼頭高樁樁-土耦合以及豎向力學(xué)、穩(wěn)定行為的研究，對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)樁-土之間相互作用關(guān)系，獲得基樁的靜動(dòng)力行為規(guī)律，有著重要的理論和實(shí)踐意義。 在總結(jié)概括目前國(guó)內(nèi)外樁基理論及樁基靜力、動(dòng)力行為研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上

3、，本文進(jìn)行了5個(gè)方面的研究工作： (1)依托某大型港口工程高樁碼頭進(jìn)行了水上靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)和應(yīng)變測(cè)量，通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了樁側(cè)、樁端荷載的傳遞規(guī)律和樁身最大錘擊力、最大傳遞能量以及最大壓應(yīng)力沿樁身的分布規(guī)律；通過(guò)對(duì)靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析表明，動(dòng)力試驗(yàn)所選取的參數(shù)以及建立的樁土力學(xué)模型，可以反映沉樁時(shí)樁-土相互作用的性狀。 (2)考慮了樁-土之間的接觸效應(yīng)，采用有限元數(shù)值計(jì)算方法研究了樁-土體系

4、的荷載傳遞性狀和樁、土材料的物理特性、樁的幾何參數(shù)對(duì)基樁豎向承載性狀的影響規(guī)律，給出了樁長(zhǎng)、樁徑、樁體彈性模量、樁土模量比、樁體泊松比對(duì)基樁的荷載.沉降曲線(xiàn)的影響；分析了樁長(zhǎng)、樁徑、樁體彈性模量、樁端土層壓縮模量與樁身軸力曲線(xiàn)的相互關(guān)系，得出了樁土荷載的傳遞規(guī)律。認(rèn)為對(duì)于樁基設(shè)計(jì)，應(yīng)優(yōu)化選擇合適的樁徑和長(zhǎng)徑比，并應(yīng)適當(dāng)增大樁體彈性模量，長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)承載力應(yīng)按變形控制為主，樁體泊松比對(duì)樁的荷載-沉降曲線(xiàn)影響很小。通過(guò)樁側(cè)、樁端阻力發(fā)揮性狀分析

5、，表明樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮是異步的，二者不僅相互影響，而且其發(fā)揮性狀還與土層性質(zhì)、入土深度等多種因素有關(guān)。 (3)根據(jù)WINKLER模型建立了碼頭高樁的靜力屈曲計(jì)算模型，并通過(guò)ANSYS有限元計(jì)算，分析了基床系數(shù)、基樁埋入比、樁身傾斜等因素對(duì)基樁屈曲行為的影響，給出了碼頭高樁靜力失穩(wěn)的臨界荷載的變化規(guī)律。結(jié)果表明，影響基樁屈曲臨界荷載的主要因素有樁側(cè)土反力、樁身截面形狀及截面尺寸、基樁的傾斜程度以及4種地基土抗力模型和成層土

6、中第一層土的基床系數(shù)；樁側(cè)摩阻力的影響相對(duì)較小，一般情況下可以忽略不計(jì)，而樁身自重的影響應(yīng)視工程實(shí)際情況予以考慮。 (4)根據(jù)Smith樁-土耦合動(dòng)力力學(xué)模型，建立了基樁動(dòng)力計(jì)算模型，對(duì)錘擊荷載作用下的基樁動(dòng)力響應(yīng)行為進(jìn)行了研究，給出了錘擊荷載下不同樁徑、不同樁入土深度條件時(shí)，樁頂、樁端的位移和速度時(shí)程曲線(xiàn)的變化規(guī)律，分析了樁端位移和樁端速度最大時(shí)樁身位移、速度和軸力的的變化趨勢(shì)；通過(guò)不同錘擊荷載下不同樁徑、不同樁入土深度、不同

7、樁長(zhǎng)對(duì)基樁動(dòng)力響應(yīng)行為的分析，得出了錘擊荷載、樁徑、樁泥面以上的自由段長(zhǎng)度是影響基樁橫向位移的主要因素，而樁的入土深度對(duì)樁的橫向振動(dòng)的影響不大。 (5)利用單樁承載力動(dòng)測(cè)法中實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬合法，研究了沉樁時(shí)樁錘系統(tǒng)能量傳遞過(guò)程，通過(guò)對(duì)132根混凝土預(yù)制樁傳遞到樁身的能量統(tǒng)計(jì)分析表明樁錘系統(tǒng)的效率與理論分析數(shù)據(jù)基本吻合，沉樁時(shí)樁身產(chǎn)生的最大錘擊壓應(yīng)力一般發(fā)生在樁的中部附近，試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算分析是一致的；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，探討了實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬