基于能量法的成层地基倾斜受荷基桩受力变形特性研究

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在桥梁、海洋等桩基的施工与服役过程中,桩基除承受轴向荷载外,往往还承受风荷载、汽车制动力、波浪冲刷、地震作用等水平作用。而在横向荷载的作用下,基桩会发生一定的水平位移与弯矩,而此时作用轴向荷载会使得桩体出现一定的压曲与附加弯矩,以致倾斜荷载作用下的单桩受力变形与单独作用水平荷载或轴向荷载的单桩存在较大的区别。因此倾斜荷载作用下的基桩受力特性研究非常重要。本文基于能量法,对成层地基中倾斜受荷基桩受力变形分析进行研究。
  首先本文在总结了以往关于水平受荷桩与倾斜受荷桩的相关研究后,用能量法来研究均质地基中水平受荷桩的受力变形特性,通过分别建立基桩的受力变形能量方程以及桩周土体能量方程,考虑桩土变形协调与桩土相互作用,基于最小势能原理得到均质地基中水平受荷基桩的变形控制微分方程,并给出了相关的解析解。此外基于该解答对均质地基中水平受荷基桩的相关影响参数进行了探讨研究。
  其次探讨了倾斜受荷桩的受力变形特性,在考虑桩侧土体弹性模量线性变化与一定的桩侧摩阻力的基础上,同样基于能量法建立倾斜受荷基桩的受力变形能量方程与桩周土体能量方程后,基于最小势能原理得到了倾斜受荷基桩的变形控制方程,采用幂级数解对方程进行了求解,并将所得的幂级数解与室内模型试验、现场试验及《公路桥涵地基与基础设计规范》推荐的m法等结果进行了对比验证。
  最后,本文在倾斜荷载作用下的基桩在单层地基下的受力变形分析的基础上,考虑土体分层的情况。最终得到成层地基倾斜荷载作用下基桩受力变形分析的幂级数解答。在此基础上,基于本文解答进行了影响参数分析,结果表明:桩体长径比、桩土弹性模量比、桩周土模量深度变化系数等因素均对倾斜受荷基桩的桩身水平位移与最大弯矩值有一定的影响。
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