加塑料套筒桩负摩阻力特性的理论与试验研究

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桩侧负摩阻力问题是工程设计与施工中常见问题之一。在桩身中性点以上增加一个预制塑料套筒是一种优化桩身负摩阻力的方法。本文从室内试验、理论分析和有限元分析三个方面对加塑料套筒基桩负摩阻力特性进行了研究,主要研究工作及成果如下:(1)利用改进的直剪仪,对塑料类材料与砂土接触界面的剪切特性进行了直剪试验研究,考虑塑料种类和砂土颗粒粒径变化的规律,进行了砂土与四种塑料类材料(PVC、ABS、PC和PP)及混凝土的剪切试验。试验结果表明:选用的四种塑料类材料与砂土接触界面的抗剪强度均明显小于混凝土与砂土接触界面的抗剪强度,其中PP最小;砂土颗粒粒径越大,接触界面抗剪强度越高。(2)基于有效应力法,推导了加塑料套筒基桩中性点位置的理论计算公式。其中,推导了考虑桩顶荷载作用下中性点的波动趋势;不考虑桩顶荷载时的纯摩擦桩,加塑料套筒桩和普通桩中性点位置分别在距离桩顶1(1?K)?0?K?1?和0.707倍桩长处。(3)基于荷载传递分析法,建立了同时考虑桩顶竖向荷载和地面堆载的力学模型,推导了加套筒桩桩侧摩阻力-位移关系和非线性桩-土荷载传递关系。(4)采用大型商业有限元分析软件,建立了加塑料套筒桩和普通桩负摩阻力特性二维数值计算模型,分析了不同地面堆载和桩顶竖向荷载分别作用下的桩侧摩阻力分布、桩-土相对位移、桩身沉降和中性点位置的变化规律,并与普通桩进行比较。结果显示加塑料套筒桩对于优化桩侧负摩阻力效果明显。①能有效减少桩侧负摩阻力,且不影响正摩阻力的发挥。②能减少同等条件下基桩沉降。③中性点位置比普通深,有限元分析结果与理论计算的预测趋势相同。
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