【技术实现步骤摘要】
堆载作用下超长桩基负摩阻力发展变化规律的分析方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种用于堆载作用下超长桩基负摩阻力发展变化规律的计算方法。
技术介绍
近年来，随着经济建设的发展，具有较大单桩承载力的超长桩(L>50m，L/D>50)被广泛应用于高层建筑及港口工程建设中，对于这种新的结构形式，国内外已有一部分学者对其在单向或复杂荷载下的极限承载力和屈曲稳定性状进行过一定的研究。当遭遇大面积堆载情况时，由于超长桩的埋置深度远大于普通桩，超长桩侧土的压缩变形比较大，导致超长桩侧的负摩阻力远大于普通桩。超长桩侧较大的负摩阻力往往造成桩的承载力降低桩身破坏或结构物的不均匀沉降,从而导致建筑物损坏，如何合理地考虑桩基负摩阻力问题是超长桩基设计中急待解决的问题。目前，国内外关于桩基负摩阻力的研究主要基于普通桩基基础之上，集中于现场测试、室内模型试验及经验公式等方面，这些方法大致可分为弹性理论法、荷载传递法及有限元法等。但各种方法因其各自的特点及假定而存在局限性，所以不同研究人员得出的成果差别也很大。更重要的是，超长桩...
【技术保护点】
1.一种堆载作用下超长桩基负摩阻力发展变化规律的分析方法，其特征在于：所述分析方法和模型包括如下步骤：/n(1)建立负摩阻力解析模型：/n考虑堆载作用下桩侧土体三维固结沉降、桩身压缩变形以及桩端土体沉降，并引入符合超长桩桩侧阻力三阶段工作特性的三折线模型，依据桩体位移平衡的原理，建立了堆载作用下的超长桩负摩阻力解析模型；/n(2)建立桩土相互作用非线性数值模型：/n通过理论模型与数值模拟对工程实例的计算分析，得到了堆载作用下超长桩基负摩阻力的发展变化规律。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种堆载作用下超长桩基负摩阻力发展变化规律的分析方法，其特征在于：所述分析方法和模型包括如下步骤：
(1)建立负摩阻力解析模型：
考虑堆载作用下桩侧土体三维固结沉降、桩身压缩变形以及桩端土体沉降，并引入符合超长桩桩侧阻力三阶段工作特性的三折线模型，依据桩体位移平衡的原理，建立了堆载作用下的超长桩负摩阻力解析模型；
(2)建立桩土相互作用非线性数值模型：
通过理论模型与数值模拟对工程实例的计算分析，得到了堆载作用下超长桩基负摩阻力的发展变化规律。
2.根据权利要求1所述堆载作用下超长桩基负摩阻力发展变化规律的分析方法，其特征在于：所述步骤(1)的方法为：
(a)桩体压缩变形计算：
桩的轴向变形方程为
式中:Ep为桩的弹性模量；N为桩体任意截面以上桩自重与桩顶所受荷载之和，N＝P+πR2γpz；R为桩体的半径；
任意深度z处的桩体压缩量表示为：
式中:L为桩长；P为桩顶所受竖向荷载；γp为桩体容重；
将桩沿桩身等分为N个单元，假定第i个单元中点的位移为ωp(i)，单元底部桩的轴向力为P(i)，桩单元侧摩阻力为τ(i)，当所取单元长度较小时，认为该单元范围内的桩侧摩阻力均匀分布；
由桩体单元力的平衡条件可知：
P(i)＝P(i-1)-Up(i)τ(i)(3)
桩端单元底部的位移表示为：
将式(3)、(4)代入式(5)，通过整理得桩端荷载引起的桩端下土体沉降：
式中:δ为桩身单元长度，δ＝L/N；Ap为桩体单元截面积,Ap＝πR2；Up(i)为桩体单元i的侧表面积，Up(i)＝2πRδ；P(0)即为桩顶所受荷载P；
(b)桩周土体沉降计算：
在实际工程中，土体固结时会产生横向变形，因此土体沉降计算是一个多维问题；采用Biot三维固结理论计算桩周土体沉降，反映了土体固结沉降的实际情况；
三维轴对称情况下的Biot固结方程经坐标变换为
式中:e为土体的体积应变；u、ω分别为土体径向与竖向位移；σ为空隙水压力；υ为土体泊松比；G为土体剪切模量；k为土体的渗透系数；
依据物理方程，得到剪应力τzr和竖向正应力σz的表达式；同时引入流量Q的表达式
对式(7)至式(12)进行Laplace和Hankel积分变换和整理化简；
以竖向位移ω为例，Laplace变换式方式为零阶Hankel变换方式为：一阶Hankel变换方式为：
利用分布积分和Bessel函数递推公式，积分变换后得到常微分方程组：
技术研发人员：姚文娟，徐赐敏，顾毛亮，陈君，程泽坤，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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