斜桩群桩基础的水平承载特性研究

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斜桩群桩基础是跨海大桥、海上石油钻井平台、输电塔等大型结构常用的基础形式。这些结构在使用过程中往往会受到波浪力、波流力、风载等水平向荷载的作用,而这些荷载又会向下传递到基础上。在工程实践中,对于斜桩基础水平承载力的计算仍未有系统性的方法。鉴于此,本文开展了斜桩基础室内模型试验,研究了斜桩水平承载性状,利用ABAQUS建立有限元模型,基于模型试验提出了斜桩p-y曲线,并利用ANSYS中的APDL编写了单桩和斜桩群桩的p-y曲线法计算程序。主要的研究内容和成果包括:(1)开展斜桩基础水平承载模型试验,共有-10°、-5°、+5°和+10°四种倾斜角的斜桩和一组直桩作为参照。对桩基施加分级水平荷载,通过桩身粘贴的应变片得出各个截面的内力,通过泥面以上两个不同高度处测得的水平位移,并根据几何关系,得到桩身在泥面处的位移和转角。试验结果表明:相比于直桩,正斜桩的水平承载力更高,而负斜桩的水平承载力则更低;在相同水平荷载作用下,负斜桩的桩身弯矩、桩身剪力、桩侧土抗力均比直桩大,正斜桩则相反。(2)依托于杭绍甬高速公路(杭州至绍兴段)试桩项目,在杭州段和绍兴段分别进行了4根水平试桩现场试验,得出了直桩的水平承载规律。基于绍兴段S1号试桩,在ABAQUS中建立有限元实体模型,并将直桩拓展为斜桩和斜桩群桩基础,分析倾斜角对桩基水平承载性能的影响。(3)基于斜桩模型试验得出的桩身弯矩分布,将桩身在泥面处的位移和转角作为边界条件,对桩身弯矩积分2次得到桩身位移,结合桩侧土抗力在各级荷载作用下的分布,得出正斜桩、直桩和负斜桩在不同深度处的p-y曲线。在直桩双曲线型p-y曲线的基础上,结合模型试验得出的p-y曲线,提出了适用于斜桩基础的双曲线型p-y曲线。(4)在ANSYS中,通过在桩侧设置非线性弹簧单元的方式,利用APDL编写程序,实现了单桩和斜桩群桩的p-y曲线法计算水平承载性能。以通苏嘉甬铁路杭州湾跨海大桥的引桥基础为例,利用程序进行了p-y曲线法计算,并将斜桩群桩p-y曲线法的计算结果与规范中m法的计算结果进行了对比。
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