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文章关键词:万博体育maxbextx手机版注册,主桩

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  主桩套板结构受力特性研究 陈 达,杜 辰,新万博国际手机版廖迎娣 【摘 要】摘要:主桩套板结构作为一种板桩墙结构形式,各构件受力情况较复 杂。结合工程算例应用 NL 法进行水平承载力计算,并利用 ABAQUS 有限元分 析软件建立 3D 桩土模型进行数值模拟,以验证理论方法的可靠性,发现主桩 承担了绝大部分荷载,套板所受横向弯矩较竖向要大得多。基于 ABAQUS 研 究不同套板尺寸下主桩的力学特性,着重分析当套板宽度、厚度和入土深度发 生变化时主桩的弯矩变化,结果表明主桩的受力情况深受套板宽度的影响,其 跨中最大弯矩随套板宽度的增加而明显增加,而套板厚度和入土深度对主桩的 影响相对较小,在实际工程中可以根据需要做适当调整。 【期刊名称】水运工程 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】6 【关键词】港口工程;主桩套板结构;NL 法;ABAQUS;受力特性 为充分发挥长短板桩结构中长板桩的作用,可加大长桩断面和减小短桩断面, 构成主桩板桩结合的形式。在水深不太大的情况下,可进一步简化为主桩挡板 或套板结构,即将水平放置在主桩后面的挡板或插放在主桩间的套板取代短桩。 虽然主桩板桩和主桩挡(套)板结构可显著降低工程造价[1],但构件类型较多、 受力分配不明确、施打较困难,给设计和施工带来一定困难。在主桩套板结构中, 土质、套板尺寸等因素都会显著影响主桩的工作状态,但目前相关的研究较少。 NL 法是一种非线性弹性地基反力法,常应用于板桩结构的计算中。叶万灵等[2] 用 NL 法对 39 根工程桩进行计算,并将计算结果与实测值对比,发现 NL 法具 有较高的准确性。李晓慧等[3-4]也用 NL 法计算分析了柔性板桩墙的受力特性。 ABAQUS 软件广泛应用于桩土接触非线]利用 ABAQUS 研 究了不同荷载下桩基横向承载力和水平位移之间的关系;通过建立圆桩和方桩 的深基础模型,Johnson 等[6]研究了桩基础在组合荷载作用下的响应。针对主 桩套板结构,尚缺乏有效的计算理论和方法。本文提出了主桩套板结构中主桩 的简化计算方法,结合工程算例应用 NL 法进行计算,并借助 ABAQUS 软件分 析套板尺寸对主桩内力的影响,系统研究套板宽度、厚度和入土深度等对主桩 弯矩影响,研究成果可为主桩套板结构的设计提供参考。 1 工程算例 北方某港资料表明该地区以深度较大黏土层为主,板桩难以达到嵌固层。码头 设计的顶面高程 3.35 m,港池底泥面高程-7 m,拉杆高程 1.35 m,码头面有 30 kNm 的均布荷载。本文将就设计低水位这一工况进行计算分析,忽略泥面 以上土的浮重力及剩余水压力作用。主桩及套板厚度分别选为 0.6 m 和 0.3 m, 宽度均为 1 m。本地区土层分布及土层主要物理力学指标见表 1,板桩墙截面 尺寸见图 1。 2 NL 法应用 NL 法是在大量桩基水平静荷载实测资料基础上提出的一种计算桩基水平承载力 的方法,该方法反映了水平土抗力与深度位移、水平地基反力系数与土质指标 的函数关系,适合承受较大荷载的桩基结构。主桩套板结构的主桩作为支承构 件,多采用工字形或窄翼板 T 形的钢筋混凝土打入桩;套板作为挡土和传力构 件采用钢筋混凝土浇筑。主桩套板结构的套板所承受的弯矩较小,其主要作用 是将土压力通过与主桩连接处的剪力作用传递给主桩,因此主桩的受力变形是 研究重点。 2.1 主桩土压力 泥面以上桩的变形较大,相应的土压力采用经典土压力理论,按照主动土压力 计算。各构件处于同一土体环境中,相同宽度的主桩和套板的土压力分布是一 样的。为方便计算,将主桩与套板间的剪力作用简化为主桩所受的等效土压力。 若土压力强度用 ea 表示,则主桩单位面积上受到的土压力为: e2=k1ea (1) (2) 式中:e2 为修正后的土压力强度(kPa);k1 为主桩土压力扩大系数;b1 和 b2 分别为套板和主桩的宽度(m)。 2.2 主桩弯矩 套板在传递力的同时对主桩变形有一定的约束作用,同主桩变形协调一致,此 时弯矩的大小与惯性矩有关。在计算出主桩套板结构截面总弯矩后乘以折减系 数,可得主桩弯矩: M2=k2M3 (3) (4) 式中:M2 和 M3 分别为主桩弯矩和截面总弯矩(kN·m);k2 为主桩弯矩折减系 数;d1 和 d2 分别为套板和主桩的厚度(m)。 2.3 入土深度 板桩墙的入土深度和内力是否准确关系到整个码头结构的稳定性,板桩墙“踢 脚”稳定的破坏过程符合破损阶段理论,计算入土深度时应满足“踢脚”稳定 要求[7-8]: (5)式中:γ0 和 γG 分别为结构重要性系数和永久作用分项系数;MG 为永久作 用标准值产生的效应(kN·m);γQ1,γQ2,γQ3…为可变作用分项系数;MQ1 为 主导可变作用效应(kN·m);ψ 为作用组合系数;MQ2,MQ3…为非主导可变作 用标准值产生的“踢脚”力矩(kN·m);MR 为板桩墙前被动土压力的标准值对 拉杆锚碇点的稳定力矩(kN·m);γR 为抗力分项系数。 计算时将板桩墙泥面以上的土压力按朗肯土压力理论简化成集中力,在拉杆作 用下桩顶位移为零,并假定板桩墙在泥面下处于嵌固状态。通过求解得到拉杆 拉力 442 kN,主桩最大弯矩 821 kN·m。 3 有限元数值分析 主要研究主桩套板结构在土压力及地面均布荷载所产生的土压力共同作用下的 力学性能,采用 ABAQUS 进行分析。考虑到建模和计算过程中的影响因素, 采 取 以 下 基 本 假 设 : 1) 不 考 虑 土 中 排 水 , 采 用 总 应 力 法 分 析 ; 2) 土 体 为 服 从 Drucker-Prager 屈服准则[9]的均质弹塑性体,不考虑桩底的滑动,且桩的存 在不影响土体的连续性和物理参数;3)按空间问题进行分析;4)考虑桩土接触 面的接触、滑动与脱开。 3.1 模型建立及边界条件 主桩套板结构具有对称性,由于重点分析主桩的受力,参照算例建立包含 1 个 完整主桩

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