一种倒阶梯形变截面单桩竖向承载性状分析方法技术

本发明专利技术提供一种倒阶梯形变截面单桩竖向承载性状分析方法，该分析方法是一种科学的、精确度高的一种分析方法。此分析方法为根据桩体、桩体周围土体随负荷逐渐增大得到的不同桩尖沉降量，计算出桩体不同临界位置在土体支承力在桩体侧摩阻力的变化大小，求得在不同负荷状态下桩体—土体系的内力和变形的临界状态。进而计算出桩体在不同负荷状态下端承力和侧摩阻力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及±木工程
，更具体设及一种倒阶梯形变截面单粧竖向承载性 状分析方法。 技术背景 随着粧基础在实际工程中的应用越来越多，粧基础的变形问题、承载力问题W及 工程造价也逐渐成为建筑领域中非常令人关注的问题。在运种背景下，众多的学者和工程 技术人员对粧基础的研究与应用进行了不断地探索与创新，许多新粧型也不断涌现出来， 变截面粧就是其中一种。变截面粧在减小沉降、增加粧基安全性、降低基础工程造价等方面 都取得了较为显著的社会效益和经济效益，但日前关于变截面粧的理论研究成果还相对较 少。
技术实现思路
为了解决上述的问题，本专利技术提供一种倒阶梯形变截面单粧竖向承载性状分析方 法，该分析方法是一种科学的、精确度高的分析方法。具体是，一种倒阶梯形变截面单粧竖向承载性状分析方法，此分析方法为根据粧 体、粧体周围±体随负荷逐渐增大得到的不同粧尖沉降量，计算出粧体不同临界位置在± 体支承力在粧体侧摩阻力的变化大小，求得在不同负荷状态下粧体一±体系的内力和变形 的临界状态。优选的，该分析方法按照如下分析步骤进行，步骤一，根据不同粧顶荷载PO的大小计算出粧尖沉降Ah;步骤二，增大荷载，上段粧体粧周±壤剪力呈梯形分布，连续求出粧顶周围±体侧 摩阻力，计算出粧一±体系的内力和变形达到第一临界状态，此时粧顶周围±体达到侧摩 阻力最大；步骤=，继续增大负荷，上段粧体的粧-±表层产生相对滑移，连续求出上段粧体 粧周表层^下±体侧摩阻力，根据计算出的±体侧摩阻力，计算出粧一±体系的内力和变 形达到第二临界状态，此时上段粧体粧周±体侧摩阻力最大，步骤四，再次增大负荷，下段粧体粧一±间相对滑移增大，连续求出变截面处端承 力，根据变截面处端承力推算出下段粧体粧周±体的侧摩阻力，计算出粧一±体系的内力 和变形达到第=临界状态，此时变截面处端承力逐渐增大且粧侧摩阻力达到最大值； 步骤五，荷载进一步增大，连续求出变截面^下±体侧摩阻力，当下段粧体粧周± 体超过步骤四的临界值，出现粧尖端承力，计算出粧一±体系的内力和变形达到第四临界 状态，此时粧体达到承载力最大。 优选的，步骤一至步骤五满足如下计算方程， 根据粧身所受轴压力，假设在粧顶处为P。，在上段粧身任意深度y处轴力Pyi为： 户別=巧-7；:1:=巧' -j>, (? +r,)曲' u-+『1) U) 式中：I1、Ihi分别为上段粧体压缩和粧尖沉降引起的上段粧体粧周上壤剪应 力；[001引 由于Ti=U1T山、Thi=U1Th山，因而上段粧身压缩变形A1为； 当下段粧体粧顶荷载Pi为：[001 引 Pi=Po-Ti-Thi-Ri(3) 下段粧体任意深度yW上粧周承受的剪力Ty2为：(4) 式中：12、Th2分别为下段粧体压缩和粧尖沉降引起的下段粧体粧周±壤剪应 力； 由！r。/]、Th2=U2Th2l2,得下段粧身压缩变形A2为：燃因为P。=Ti+T2+Thi+Th2+Ri+R2，j?fW稱 上、下段粧体粧周±壤极限剪切应力分别为：1二T1+Thi、2二T2+Th2， 其中1、2可采用实测数据或查规范； 假设粧体变截面W下粧身侧阻力W0角扩散至粧尖，形成一个面积为Ah的圆面 受力区，上部粧身轴压力在此圆面内均匀分布；0角为粧体范围内地基压力扩散角；(7) W 式中：Ch--粧底±的地基系数； n-大于1的增大系数， 假设变截面处竖向±抗力符合文克尔假定，并假定地基系数C随深度呈线性增 长，即C=mz;则由文克尔假定OZX=Cxz，可得变截面处端承力Ri为：㈱ 粧尖处圆面受力区内的应力O2为：[ (10) 粧尖处端承力Rz为：(H)[003引 由（11)式及Pi=P^i-Thi-Ri 得：（巧 Ri=PD-Ti-Thi-Tz-ThZ-Rz (蝴 联立（12)、（13)得：(14) (1巧 故：Rz=a(T2+Th2) (16) Ri=P厂Ti-Thi-(l+a)灯2+Th2) (17) 粧周±体为弹性体，其剪切变形公式可写为，其中？为弹性体表面所受的 平均剪应力，1为弹性体垂直于剪应力方向的长度，G为弹性材料的剪切变形模量； 上、下段粧身由沉降引起的位移Ahi和Ah2分别为：[004引 由Ah=Ahi=Ah2,可得Thi与Th2成比例，即： (IS) (19) m按巧[00财解上式得：Th2=mx2 (22)[005引 所W: P。=K1 化巧hi) +? 化巧h2) +yiRi+ 2尺2 (23) 式中：Ki、Kz-一粧侧摩阻力修正系数，根据粧周压浆效果取值，一般取1.0~ 1. 35 ; y1、y2-一粧底反力修正系数，可根据对比实验数据及上部结构容许沉降值确 定，一般取1.0~1.2。 最后可得粧顶沉降： A=Ah+Al+Az (24) 当粧顶承受竖直静荷载作用时，任意截面的位移满足如下的分段微分方程和边界 条件： 式中：E、A分别为粧的弹性模量和变截面W上粧的横截面积； ki为粧周单位深度±的等效刚度系数，且假定变截面上下一致，单位为kPa; 假定粧顶位移为S，根据变截面处粧的位移协调条件和粧顶、粧端边界条件，可W 得出式（25)满足的边界方程为： 用拉普拉斯变换，结合边界条件式（26)，可W求得方程（25)的通解形式为： "I(X) = 乂々（"Zi-V)-化、片化a-): 0 <.K<./ ":(―V)二 片知("Z:X'K/ < -\- :^； (1 + 幻)/[007引式中：a、e、丫为待定系数；[007引 k2、k3分别为粧变截面处和粧端等效刚度系数，单位kN/m;，体现粧周±的等效刚度和粧身刚度的比值大小；由（27)式可得粧身轴力为:(28)在粧顶X=0处，N(O)二一EAmla,负号表示粧顶受压。由此可W得到变截面粧粧 顶荷载P和粧顶位移S的关系式： 无量纲量C1和C4分别表征变截面处和粧尖上相对刚度的特征量，称之为压缩比 刚度。 圆截面粧力学模型中等效弹黃刚度系数ki表达式： (30)[008引式中：A--粧发生位移时候带动四周±体的影响范围；G--粧周上的的剪切模量；[008引选用粧长30m，粧顶直径3.Om,粧身弹性模量E= 32GPa，变截面比b分别取0. 5， 0. 6,0. 7,0. 8,0. 9,1. 0 等六种情况，a= 2。 说明书附图图1为本专利技术负荷增大竖向粧侧受力变化示意图； 图2为本专利技术粧上段任意截面受力分析示意图； 图3为本专利技术粧下段任意截面受力分析示意图； 图4为本专利技术变截面粧理论分析简图； 图5为本专利技术变径比对粧顶沉降量的P-S曲线图； 图6为本专利技术变截面参数b与粧顶沉降S曲线图； 图7为本专利技术变径位置对粧顶沉降量a-s曲线图； 图8为当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倒阶梯形变截面单桩竖向承载性状分析方法，其特征在于：所述此分析方法为根据桩体、桩体周围土体随负荷逐渐增大得到的不同桩尖沉降量，计算出桩体不同临界位置在土体支承力在桩体侧摩阻力的变化大小，求得在不同负荷状态下桩体—土体系的内力和变形的临界状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿大新，方焘，梁韵，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36