一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法技术

本发明专利技术提供了一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法。该计算方法包括如下步骤：在传统荷载传递函数基础上提出一种考虑桩土相互作用的非线性特性和软化特性的桩土界面荷载传递函数；根据该荷载传递函数，基于有限单元法，编制了考虑桩侧摩阻力软化的子程序；运用利用了该子程序的有限元软件对新型静钻根植竹节桩的加载过程进行模拟。本发明专利技术的优点是，本荷载传递函数能理想地模拟新型静钻根植竹节桩荷载传递机理的特性，直观地反映桩身范围内不同土层承载力发挥的异步特征，在新型静钻根植竹节超长桩理论分析方面具有优势。

A new calculation method of load transfer function for the super long pile with bamboo joint rooted by static drilling

【技术实现步骤摘要】
一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法。
技术介绍
静钻根植竹节桩是由预应力竹节管桩和桩周水泥土组合的新型桩基，该桩基不仅减小了挤土效应和泥浆污染，而且综合了水泥桩侧摩阻力大和预应力管桩桩身强度大的优点。收集已发表的科研成果，发现国内对该种桩型的受力性能和试验研究还处于起步阶段，现有技术关于静钻根植竹节超长桩的桩土之间的侧摩阻力软化机理尚不清楚，同时现有的通用有限元计算软件无法反映土的软化，对于这类新型超长桩的桩侧摩阻力随桩深变化规律还没有统计意义上的认识。
技术实现思路
针对上述背景中现有技术的不足之处，本专利技术提供一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法。该方法考虑了桩侧摩阻力软化，利用FORTRAN语言编制UMAT子程序进行有限元计算，形成了荷载传递函数及子程序一体化模型，并对所述超长桩的完整加载过程进行模拟，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法，其特征在于所述计算方法包括以下步骤：(1)基于传统荷载传递τ-s曲线，确定新的适用于静钻根植竹节超长桩的考虑桩土相互作用非线性的荷载传递函数：a)当桩土相对位移s＜slim时，采用传统荷载传递函数，计算公式如下：1/a1＝χ/(b1slim)1/b1＝μK0σ'vμ＝tanδslim为桩土相对极限位移，由计算得到；τ为所述桩侧摩阻力；s为所述桩的桩侧土体的剪切位移；1/a1为桩土界面的初始剪切刚度，由实测得到；χ为经验参数，一般取χ＝4；1/b1为桩侧摩阻力理想极限强度；K0为水平土压力系数，由实测得到；σ'v为土体竖向有效应力，由实测得到；μ为桩土界面的摩擦系数；δ为桩土界面摩擦角，一般为0.6～0.8倍的土体摩擦角；b)当桩土相对位移s≥slim时，荷载传递函数计算式如下：slim＝a1τlim/(1-b1τlim)τlim＝Rf/b11/b2＝mτlimτlim为桩侧摩阻力极限强度，由计算得到；Rf为破坏比，由实测得到；1/a2为桩侧摩阻力软化初始刚度，由实测得到；1/b2为桩侧摩阻力残余强度，由计算得到；m为软化度，m取值在0.1～1之间，由实测得到；(2)基于有限单元法，编制考虑桩侧摩阻力软化的子程序；不考虑桩侧摩阻力软化时，m＝1，在每一增量步用公式求得桩土界面剪切刚度k，再由公式Δτ＝kΔs求得该增量步中桩侧摩阻力增量Δτ，然后根据公式τlast＝τini+Δτ计算得到该增量步结束时的桩侧摩阻力。考虑桩侧摩阻力软化时，0≤m＜1，在每一增量步开始要先判断桩土相对位移s和桩土相对极限位移slim的关系，如果s＜slim，则用公式求得桩土界面剪切刚度k；如果s≥slim，则用公式求得桩土界面剪切刚度k'。然后再依次代入公式τlast＝τini+Δτ中求得该增量步结束时的桩侧摩阻力。(3)利用考虑桩侧摩阻力软化的有限元计算软件对新型静钻根植竹节桩的完整加载过程进行模拟。所述模拟包括所述超长桩的桩顶沉降随竖向荷载变化过程、所述超长桩桩侧摩阻力随深度变化过程、所述超长桩在各土层的荷载传递τ-s曲线。与现有技术相比，本专利技术具有突出的技术特点和显著的技术进步：基于传统超长桩荷载传递双曲线函数，提出一种考虑侧摩阻力软化现象的荷载传递函数，该函数可理想模拟新型静钻根植竹节桩荷载传递机理的特性，直观地反映桩身范围内不同土层承载力发挥的异步特征，本专利技术的荷载传递函数及子程序一体化模型可以有效反映桩侧摩阻力在发挥过程中出现的软化和桩土相互作用出现的非线性特性，在新型静钻根植竹节超长桩理论分析方面具有优势。附图说明图1为本专利技术的荷载传递函数计算程序框图；图2为本专利技术中荷载传递函数曲线示意图；图3为本专利技术中所述的考虑桩土相互作用非线性与摩阻力软化的程序流程图。图4为本专利技术中静钻根植竹节超长桩的桩顶沉降随上部荷载变化的过程模拟示意图；图5为本专利技术中荷载传递曲线与现场试验的实测荷载传递曲线对比图；图6为本专利技术中所述超长桩在第②层土中模型的荷载传递曲线与实测荷载传递曲线对比图；图7为本专利技术中所述超长桩在第④1-1层土中模型的荷载传递曲线与实测荷载传递曲线对比图；图8为本专利技术中所述超长桩在第④1-2层土中模型的荷载传递曲线与实测荷载传递曲线对比图；图9为本专利技术中所述超长桩在第⑤1-1层土中模型的荷载传递曲线与实测荷载传递曲线对比图。具体实施方式为了更加清楚明白地说明本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细介绍。实施例一：参见图1～图2，本新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数的计算方法如下：a)当桩土相对位移s＜slim时，采用传统荷载传递函数，计算公式如下：1/a1＝χ/(b1slim)1/b1＝μK0σ'vμ＝tanδslim为桩土相对极限位移，由计算得到；τ为所述桩侧摩阻力；s为所述桩的桩侧土体的剪切位移；1/a1为桩土界面的初始剪切刚度，由实测得到；χ为经验参数，一般取χ＝4；1/b1为桩侧摩阻力理想极限强度，由计算得到；K0为水平土压力系数，由实测得到；σ'v为土体竖向有效应力，由实测得到；μ为桩土界面的摩擦系数；δ为桩土界面摩擦角，一般为0.6～0.8倍的土体摩擦角；b)当桩土相对位移s≥slim时，荷载传递函数计算式如下：slim＝a1τlim/(1-b1τlim)τlim＝Rf/b11/b2＝mτlimτlim为桩侧摩阻力极限强度，由计算得到；Rf为破坏比，由实测得到；1/a2为桩侧摩阻力软化初始刚度，由实测得到；1/b2为桩侧摩阻力残余强度，由计算得到；m为软化度，m取值在0.1～1之间，由实测得到；实施例二：参见图3，本实施例基于实施例一，编制考虑桩侧摩阻力软化的子程序，编制过程如下：a)不考虑桩侧摩阻力软化时，m＝1，在每一增量步求得桩土界面剪切刚度k；由公式Δτ＝kΔs求得增量步中桩侧摩阻力增量Δτ；根据公式τlast＝τini+Δτ计算得到增量步结束时的桩侧摩阻力；b)考虑桩侧摩阻力软化时，0≤m＜1，在每一增量步开始要先判断桩土相对位移s和桩土相对极限位移slim的关系；如果s＜slim，用公式求得桩土界面剪切刚度k；如果s≥slim，用公式求得桩土界面剪切刚度k'；依次代入公式：τlast＝τini+Δτ；求得增量步结束时的桩侧摩阻力τlast；实施例三：本实施例基于实施例一、实施例二，具体为新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递过程数值模拟，该超长桩应用于软土地区，桩长不低于72m且长径比不低于90，节间距取为1m，桩上部为管桩，下部为竹节桩。表1：现场试验荷载传递函数的初始刚度1/a1、软化初始刚度1/a2、破坏比Rf和软化度m土体参数汇总：模拟成果图如图4～9，由计算结果可见：基于传统荷载传递函数提出的静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数，可以理想地对所述超长桩完整的加载过程进行模拟，所述模拟包括所述超长桩的桩顶沉降随竖向荷载变化的过程、所述超长桩的桩侧摩阻力随深度变化的过程、所述超长桩在各土层的荷载传递τ-s曲线、所述超长桩在各土层的桩侧摩阻力随桩土相对位移的变化规律，该荷载传递函数有利于进一步深入研究软土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：(1)基于传统荷载传递τ‑s曲线，确定新的适用于静钻根植竹节超长桩的考虑桩土相互作用非线性的荷载传递函数：a)当桩土相对位移s＜slim时，采用传统荷载传递函数，计算式如下：

【技术特征摘要】
1.一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：(1)基于传统荷载传递τ-s曲线，确定新的适用于静钻根植竹节超长桩的考虑桩土相互作用非线性的荷载传递函数：a)当桩土相对位移s＜slim时，采用传统荷载传递函数，计算式如下：1/a1＝χ/(b1slim)1/b1＝μK0σ'vμ＝tanδslim为桩土相对极限位移，由计算得到；τ为所述桩侧摩阻力；s为所述桩的桩侧土体的剪切位移；1/a1为桩土界面的初始剪切刚度，由实测得到；χ为经验参数，一般取χ＝4；1/b1为桩侧摩阻力理想极限强度，由计算得到；K0为水平土压力系数，由实测得到；σ'v为土体竖向有效应力，由实测得到；μ为桩土界面的摩擦系数；δ为桩土界面摩擦角，一般为0.6～0.8倍的土体摩擦角；b)当桩土相对位移s≥slim时，荷载传递函数计算式如下：slim＝a1τlim/(1-b1τlim)τlim＝Rf/b11/b2＝mτlimτlim为桩侧摩阻力极限强度，由计算得到；Rf为破坏比，由实测得到；1/a2为桩侧摩阻力软化初始刚度，由实测得到；1/b2为桩侧摩阻力残余强度，由计算得到；m为软化度，m取值在0.1～1之间，由实测得到；(2)基于有限单元法，编制考虑桩侧摩阻力软化的子程序；(3)利用运用子程序后的有限元软件对新型静钻根植竹节超长桩加载全过程进行模拟。2.根据权利要求1所述的一种新型静钻根植竹节超长桩的荷载传递函数计算方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚文娟，沈晓丽，陆伟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31