水泥土加芯抗拔樁的有限元研究.pdf

1、水泥土加芯抗拔樁集成了預(yù)應(yīng)力與組合樁技術(shù)，樁體的構(gòu)成與傳統(tǒng)抗拔樁相比有很大差異，其主體結(jié)構(gòu)由混凝土內(nèi)芯、預(yù)制耐久性樁頭和水泥土外芯組成，內(nèi)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線。當(dāng)樁端受到上拔荷載時，首先由預(yù)應(yīng)力鋼絞線直接將荷載傳遞至內(nèi)芯底端，使混凝土內(nèi)芯承擔(dān)主要荷載，這樣就將抗拔樁由傳統(tǒng)的樁身材料受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱耸軌籂顟B(tài)，有效解決了傳統(tǒng)抗拔樁存在的樁身混凝土開裂問題；借鑒組合樁的優(yōu)勢，荷載通過混凝土內(nèi)芯的側(cè)摩阻力傳遞給水泥土外芯，再以水泥土外芯為媒介將荷載傳

2、遞至樁周土中，形成了從內(nèi)芯至外芯再到樁周土體的多重荷載傳遞模式，既節(jié)約了材料同時提高了樁體的承載力。
　　本文首先介紹了水泥土加芯抗拔樁的構(gòu)造與施工工藝，然后分兩個階段對水泥土加芯抗拔樁進(jìn)行了有限元模擬分析一研究了該樁型的荷載傳遞機(jī)理與承載特性，并根據(jù)模擬結(jié)果提出了進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)措施，最后用圓孔擴(kuò)張理論對水泥土加芯抗拔樁的施工過程進(jìn)行了分析探討。
　　論證了水泥土加芯抗拔樁為摩擦樁，其荷載傳遞具有層次性，通過改變模型參數(shù)分

3、析了含芯率、樁徑、樁長對承載力的影響，得到如下規(guī)律：
　　1.該樁型的荷載傳遞方式為：從樁頂至樁底、從樁內(nèi)芯向外芯再向樁周土體的多層次擴(kuò)散模式。
　　2.在內(nèi)芯和外圍水泥土協(xié)同工作前，隨著內(nèi)芯比率的增加承載力逐漸增大，內(nèi)芯和外圍水泥土協(xié)同工作后，再增加內(nèi)芯的比率對提高承載力影響不大；確保荷載按照理想模式傳遞的關(guān)鍵為樁體內(nèi)外芯界面摩阻力大于樁土界面摩阻力，從而使得荷載從內(nèi)向外分層傳遞擴(kuò)散。
　　3.在保證內(nèi)芯與水泥土外芯

4、協(xié)同工作的條件下，承載力隨著樁長、樁徑的增大而線性增加。
　　4.通過從泊松效應(yīng)以及受力點兩方面分析，論證了水泥土加芯抗拔樁的抗拔系數(shù)λ相比傳統(tǒng)抗拔樁偏大。
　　針對模擬中存在的現(xiàn)象對該樁型的樁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，主要包括改變內(nèi)芯長度、改變樁底部水泥土體積與強(qiáng)度、改變樁周土體三方面，得到如下規(guī)律：
　　1.芯樁長度對抗拔承載力的影響可以分為三類：由于芯樁過短，使得芯樁的側(cè)摩阻力分擔(dān)的上拔荷載過小，上拔力主要由芯樁上端

5、部的水泥土承擔(dān)，導(dǎo)致其發(fā)生刺入破壞，在發(fā)生刺入破壞的芯樁長度范圍內(nèi)，極限承載力隨內(nèi)芯長度的增加而增長；隨著芯樁的長度繼續(xù)增加，使得芯樁的側(cè)摩阻力分擔(dān)的上拔荷載增大，芯樁上端部對水泥土產(chǎn)生擠密作用，但并未使水泥土發(fā)生破壞，最終使得整個樁體在克服樁側(cè)摩阻力后突然拔出，由于芯樁上端部對水泥土的擠密作用，在擠密區(qū)域中水泥土與土體間的側(cè)摩阻力相對于未優(yōu)化前的樁體增大不少，致使最終克服水泥土—土體間的極限承載力大于未優(yōu)化前的樁體；當(dāng)芯樁足夠長，使得

6、芯樁極限側(cè)摩阻力基本與水泥土與土體間側(cè)摩阻力相等，芯樁上端部應(yīng)力很小，樁體在破壞前位移變化很小，在達(dá)到極限承載力時突然破壞，和未優(yōu)化前的樁體的荷載—位移曲線趨于一致，承載力差別不大。
　　2.擴(kuò)大樁底部水泥土體積后，隨著 c/h的增大，抗拔樁的極限承載力逐漸增大，當(dāng)c/h增大到一定程度時，再 c/h的比值，對芯樁端部水泥土的沖切面積已經(jīng)影響很小，即c/h存在一個最優(yōu)值（c為芯樁上端部與擴(kuò)底上沿的距離；h為芯樁長度）。
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