《高等基础工程学》桩基工程专题.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 单桩扭转的计算分析，通常采用沿桩身将桩分为若干的计算单元 桩本身材料承受扭转的能力： 土体对扭转的承载力： 联立得单元体平衡方程： 矩阵形式： 根据整体刚度矩阵及外部荷载即可解得最终的结果。 (after Chow 1985) 2.1 单桩扭转机理及计算 Zhang and Kong（2006）利用离心机在砂土中进行了单桩扭转试验。 从典型的单桩扭转曲线可以发现，当转角发展到一定值后，单桩发生了明显的破坏，与轴向受力类似。 扭转抵抗能力随着砂密实度的提高而提高。 试验测得τ-θ曲线 2.1 单桩扭转机理及计算 试验结果显示，饱和粉土中单桩扭转极限转角较小，在1°左右，破坏较为突然，极限扭矩约为267kN.m。 2.1 单桩扭转机理及计算 2.1 单桩扭转机理及计算 加鳍桩 2.2.1 群桩扭转机理及计算 与单桩扭转相比，群桩扭转更加复杂：扭矩的分配与桩的位置有关，更主要的依靠每根桩的水平力的作用来抵抗弯矩；桩头有扭矩、弯矩、剪力、轴力的共同作用 水平受荷桩的楔形影响区域 楔形区域重叠区域土体受到多根桩的作用 2.2.1 群桩扭转机理及计算 Kong and Zhang（2007,2008）对群桩扭转进行了一系列的理论分析和试验研究。 典型的群桩扭矩-转角曲线与单桩扭转相比，无明显的屈服点与峰值；群桩尺寸对刚度有明显的提高；桩与承台连接刚度和砂土的密实度对扭转刚度同样有影响。 2.2.1 群桩扭转机理及计算 在群桩的扭转中，水平力的贡献很大。与边桩相比，角桩离扭转中心更远，水平荷载抵抗扭矩的比重更大。当转角达到一定值时，由于桩的水平位移位移加大，因而水平荷载对扭矩的抵抗作用在桩所受总扭矩中的比例增大，也使得对群桩扭矩的抵抗作用增大。 2.2.1 群桩扭转机理及计算 基桩扭转抗力的充分发挥要早于水平抗力； 基桩扭转抗力在小位移下对群桩抗力贡献较大； 随着群桩规模扩大，扭转抗力贡献减小 2.2.1 群桩扭转机理及计算 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 水平荷载 扭转荷载 群桩中内力的 不均匀分配示意图 当群桩受到水平偏心荷载时，群桩处于扭转荷载和水平荷载的共同作用，群桩中内力的分配也会更加的不均匀；随着偏心距e的变化，荷载的分配情况也会变化，内力的分配情况也有较大差异，即大小偏心的区别。 1 3 2 4 6 5 7 9 8 y F x e 测试仪器布置（120个桥路）： 承台顶面三根1英寸LVDT，桩侧东南两侧各两根10英寸LVDT 油缸顶端布置5t轴力计 桩身应变片112个桥路：桩头弯矩，剪力，轴力，扭矩，1，4，7号桩沿桩身弯矩和扭矩 1 2 3 5 4 6 7 8 9 17cm 小偏心试验 大偏心试验 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 小偏心试验 最大荷载3.3t 转角8.8° 大偏心试验: 最大荷载1.9t 转角13.3° 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 从三组试验结果对比来看，随着偏心距的增加，群桩水平刚度衰减，即扭矩对水平刚度有削弱作用。 相同位移下荷载比为小偏心：大偏心=1：0.68 坐标定义与群桩编号 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 在相同扭矩作用下小偏心的扭转角小于大偏心的情况，这说明较大的水平荷载能够抑制扭转角的发展。 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 由于扭矩分配荷载的叠加，剪力在各基桩中的分配差异性明显，呈现出离荷载作用点越远，剪力越小。Y向剪力每排桩呈现出近似线性分配，负向剪力较小。 小偏心试验桩头y’向剪力分配 小偏心试验桩头x’向剪力分配 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 大偏心与小偏心规律较为类似，但大偏心试验剪力分配差异性更强，加载过程中W3,6,9的y向剪力一直呈现出负向，W5剪力减小。 大偏心试验桩头y’向剪力分配 大偏心试验桩头x’向剪力分配 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 哪一个是大偏心？ 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 与单桩试验相比，群桩试验中绝大多数桩的极限扭矩增大。 小偏心试验 大偏心试验 相同转角下各基桩扭矩平均值与单桩试验扭矩的比值 转角 2° 4° 8° 小偏心 2.17 2.16 2.69 大偏心 1.24 1.46 1.82 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 哪一个是大偏心？ 2.2.2 偏心荷载下群桩水平受荷问题 7 8 9 4 5 6 1 2 3 F e = 6 D Instantaneous twist center 3D F S 1 3D 3D Trail row Middle r