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随着我国基础设施投资力度的不断加大与建设领域的蓬勃发展,桩基础因其在可有效控制建(构)筑物沉降及适用场地和工程范围广等方面所具有的优异特点而得以广泛应用。在实际工程中,桩基础除承受上部结构带来的竖向荷载外,有时还需承受来自侧向的地震荷载、风荷载、波浪荷载、土压力等水平荷载。与竖向承载特性相比,水平荷载作用下的桩基受荷特性更为复杂。目前有关桩基础水平承载性状的试验研究多集中在单桩和小型群桩的承载特性和桩基稳定性计算。对于大型群桩的试验研究,可供参考的原位实测资料较少;模型试验和离心机试验受成本限制与尺寸效应的影响,试验成果的应用也比较有限;已有的一些小型群桩试验研究成果由于研究因素与实验条件的各不相同,数据差异较大,结论各异,对分析大型群桩水平承载性状的参考作用较小。因此有必要进一步开展有针对性的群桩基础水平承载特性的深入研究。本文主要针对钢筋混凝土群桩与钢管混凝土单桩的水平承载性能完成了以下研究内容:(1)查阅大量桩基础水平承载特性的相关中英文文献,并从理论分析、试验研究和数值计算等方面进行归纳、整理与总结;(2)开展钢筋混凝土单桩、钢筋混凝土群桩与钢管混凝土单桩水平静载大比例尺室内模型试验研究。通过上述工作,本文得到如下主要结论:(1)在水平荷载作用下,钢管混凝土单桩与钢筋混凝土单桩的承载特性相似,可分为三个阶段:即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和破坏阶段,三个阶段的分界点即为桩基础的水平临界荷载与极限荷载。钢筋混凝土桩的临界荷载Hcr是桩身开裂所对应的水平荷载,桩身抗弯刚度的突变在水平力-位移梯度曲线中有明显反映。而钢管混凝土单桩在加载至极限荷载之前桩身刚度的退化点反映不明显,其临界荷载是桩周土体工作状态发生改变、由弹性进入塑性所对应的荷载。(2)与钢筋混凝土单桩相比,钢管混凝土单桩的水平承载力有显著提高。在相同位移条件下,后者的水平承载力可达到前者的1.57-1.74倍;在相同荷载条件下,钢管混凝土单桩的水平位移明显小于钢筋混凝土单桩。(3)在水平荷载作用下,钢筋混凝土单桩的桩身最大弯矩点深度为2d-4d,桩身受弯矩作用范围为8d-10d;钢管混凝土单桩的桩身最大弯矩点深度为4d-6d,桩身受弯矩作用范围为10d-22d。随着水平力的不断增加,钢筋混凝土单桩与钢管混凝土单桩的桩身最大弯矩点深度及桩身受弯矩作用范围均不断下移增大。(4)钢筋混凝土群桩中前排桩的反弯点深度要明显浅于后排桩。前后排桩的桩身最大弯矩点深度差异较小,集中分布在6d-10d,前后排桩的桩身受弯矩作用范围为14d-22d,几乎为全部桩长范围。(5)在相同水平荷载作用下,钢管混凝土单桩的水平变形回弹率为70%-80%,而钢筋混凝土单桩的回弹率则为40%-70%。钢筋混凝土单桩在桩顶位移接近10mm时,随着荷载的提高,回弹率大幅降低;而钢管混凝土单桩的回弹率变化较小。(6)在同等荷载及位移下,钢管混凝土单桩的m值明显大于钢筋混凝土单桩的m值。(7)本试验条件下,钢筋混凝土单桩水平极限荷载与临界荷载的比值在1.1至1.4之间;钢管混凝土单桩水平极限荷载与临界荷载的比值在1.33至1.50之间;桩顶有承台约束的钢筋混凝土单桩水平极限荷载与临界荷载的比值为1.3;钢筋混凝土群桩水平极限荷载与临界荷载的比值大于1.3。(8)有限的桩顶约束使弯矩沿桩身重分配,桩顶有承台约束的钢筋混凝土单桩桩身(顶)最大弯矩值仅为桩顶自由单桩桩身最大弯矩值的0.2-0.5倍。随着桩顶位移和荷载的增加,该比值逐渐减小。(9)桩的相互影响效应导致群桩中各桩荷载分配和挠度曲线各异。整体而言,前排桩承担的荷载最大,中间桩次之,后排桩最小;前排桩的挠度随深度变化较后排桩衰减快,位移零点较浅。(10)在桩顶约束效应与桩的相互影响效应的共同作用下,群桩中前排角桩分担荷载最大,但其桩身(顶)弯矩最大值约为同等位移条件下桩顶自由单桩桩身弯矩最大值的0.4倍左右。其余各桩分担的荷载较为接近,桩身(顶)弯矩最大值约为同等位移条件下桩顶自由单桩桩身弯矩最大值的0.2倍。(11)桩间距一定时,桩数的增加对桩基水平承载力的提高程度较小,但可以使群桩中各桩的荷载分配更为均匀。