论文部分内容阅读
随着人类活动空间的逐渐扩展,工业与民用建筑逐渐向地下以及近海发展,在地下和近海工程的设计中,不少结构将承受上拔荷载,而抗拔桩基础以其投入低、施工过程简单、承载性能良好的特点在这类结构中受到越来越广泛的应用。但目前为止,对抗拔桩的研究主要集中在轴向抗拔承载力和变形上,而事实上,在承受上拔荷载的同时,不少抗拔桩基础将承受由波浪荷载、风荷载、地震荷载、轮船及车辆的撞击等引起的水平荷载,此时构成了倾斜荷载作用,然而目前对倾斜荷载下抗拔桩承载机理缺乏系统深入的研究。鉴于此,本文首先总结了抗拔桩的破坏形态,分析了抗拔桩承载力计算方法。在综合分析和评价国内外抗拔桩研究工作的基础上,系统论述了竖向和水平荷载下抗拔桩的受力特性、荷载传递机理及其影响因素。在此基础上,为研究粘性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载对比试验。基于试验现象,得出了倾斜荷载下抗拔桩的承载特性。试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩基始终受压,而另一侧始终受拉的现象。达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大。此外,极限抗拔承载力随着荷载倾角的增大而增大。在试验结果的基础上,依据试验实测倾斜荷载下抗拔桩破坏模式,并考虑荷载倾角和长径比的影响,用最小二乘拟合得出了倾斜荷载下抗拔桩桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式,与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好,可用于实际工程。最后对影响极限承载力的参数进行了分析,结果表明侧压力系数K和桩径的增大都会显著提高倾斜荷载下抗拔桩的极限承载力。最后通过有限元软件ABAQUS模拟不同荷载倾角下抗拔桩承载机理。基于有限元数值模拟的结果,研究了桩土位移和应力随荷载倾角变化的变化规律,分析了桩和地基土体弹性模量的变化对倾斜荷载下抗拔桩的承载力的影响规律,结果表明:表面土体最大位移等值线云图大约呈以桩轴心为顶点的扇形分布。桩身两侧z方向应力值变化规律与室内模型试验所得结果相似。桩侧摩阻力随桩身呈现“上下两端为正,中间为负”,即上下两端土体受拉,中间土体受压。倾斜荷载下抗拔桩极限承载力随地基土和桩身弹性模量的增大而增大。