高樁碼頭樁豎向荷載下靜動力學行為研究.pdf

1、近幾年來，隨著國家經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，樁基礎在高層建筑、橋梁、港口碼頭等工程中廣泛應用，并逐漸向多樁型、大直徑、超長樁方向發(fā)展，樁基設計理論也取得了非常迅猛的發(fā)展。復合地基理論、疏樁理論、樁基與上層建筑協(xié)調(diào)工作理論、打樁動力學、樁基無損檢測理論等相繼問世。然而，由于土的變異性以及樁-土相互作用的復雜性，關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覆蓋層，均質(zhì)性差，還時

2、常伴有雜填土及淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土，復雜的工程地質(zhì)性質(zhì)造成樁基承受的力學行為非常復雜；由于碼頭結構本身的特點，樁基礎在海底泥面以上的樁自由段較長，在豎向靜動力荷載共同作用下，其承載性狀更加復雜，樁基更容易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。因此，開展碼頭高樁樁-土耦合以及豎向力學、穩(wěn)定行為的研究，對進一步認識樁-土之間相互作用關系，獲得基樁的靜動力行為規(guī)律，有著重要的理論和實踐意義。 在總結概括目前國內(nèi)外樁基理論及樁基靜力、動力行為研究現(xiàn)狀的基礎上

3、，本文進行了5個方面的研究工作： (1)依托某大型港口工程高樁碼頭進行了水上靜載試驗、高應變動力試驗和應變測量，通過分析試驗數(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力沿樁身的分布規(guī)律；通過對靜載試驗和高應變動力試驗數(shù)據(jù)對比分析表明，動力試驗所選取的參數(shù)以及建立的樁土力學模型，可以反映沉樁時樁-土相互作用的性狀。 (2)考慮了樁-土之間的接觸效應，采用有限元數(shù)值計算方法研究了樁-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)對基樁豎向承載性狀的影響規(guī)律，給出了樁長、樁徑、樁體彈性模量、樁土模量比、樁體泊松比對基樁的荷載.沉降曲線的影響；分析了樁長、樁徑、樁體彈性模量、樁端土層壓縮模量與樁身軸力曲線的相互關系，得出了樁土荷載的傳遞規(guī)律。認為對于樁基設計，應優(yōu)化選擇合適的樁徑和長徑比，并應適當增大樁體彈性模量，長樁設計承載力應按變形控制為主，樁體泊松比對樁的荷載-沉降曲線影響很小。通過樁側(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。 (3)根據(jù)WINKLER模型建立了碼頭高樁的靜力屈曲計算模型，并通過ANSYS有限元計算，分析了基床系數(shù)、基樁埋入比、樁身傾斜等因素對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)摩阻力的影響相對較小，一般情況下可以忽略不計，而樁身自重的影響應視工程實際情況予以考慮。 (4)根據(jù)Smith樁-土耦合動力力學模型，建立了基樁動力計算模型，對錘擊荷載作用下的基樁動力響應行為進行了研究，給出了錘擊荷載下不同樁徑、不同樁入土深度條件時，樁頂、樁端的位移和速度時程曲線的變化規(guī)律，分析了樁端位移和樁端速度最大時樁身位移、速度和軸力的的變化趨勢；通過不同錘擊荷載下不同樁徑、不同樁入土深度、不同

7、樁長對基樁動力響應行為的分析，得出了錘擊荷載、樁徑、樁泥面以上的自由段長度是影響基樁橫向位移的主要因素，而樁的入土深度對樁的橫向振動的影響不大。 (5)利用單樁承載力動測法中實測曲線擬合法，研究了沉樁時樁錘系統(tǒng)能量傳遞過程，通過對132根混凝土預制樁傳遞到樁身的能量統(tǒng)計分析表明樁錘系統(tǒng)的效率與理論分析數(shù)據(jù)基本吻合，沉樁時樁身產(chǎn)生的最大錘擊壓應力一般發(fā)生在樁的中部附近，試驗結果與計算分析是一致的；結合現(xiàn)場試驗測試，探討了實測曲線擬