水平受荷桩的反演分析及在倾斜泥面下的受力特性研究.ppt

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1、,中交上海三航科学研究院有限公司,水平受荷桩的反演分析及在倾斜泥面下的受力特性研究,水平承载力力计算方法,桩基水平力计算方法,弹性地基法,P-Y曲线法,NL法,水平承载力力计算方法,m法属于线弹性的地基反力计算方法，在港口工程和海洋工程中允许桩顶有较大位移，现有桩基规范没有给出泥面水平位移大于10mm的m值的取值范围和选取方法。大量试验表证明，桩基在水平荷载作用下，即使在小位移情况下土也表现较强的非线性。,水平承载力力计算方法,P-Y曲线法考虑了土的非线性反应，由于P-Y曲线及其参数的确定比较困难，绘制P-Y曲线的数据通常由经验方程得出，理论上每个沿桩身的节点都得到一个P-Y曲线，而实际上，在

2、用水平荷载试验反算P-Y曲线时，只知道在地面处或地面以上的挠度，所以几乎全部所得只有几根曲线具有真实的有效性难以满足工程的实际需要。,水平承载力力计算方法,NL法是依据大量桩基水平静载荷实测资料提出的一种新的桩基水平承载力非线性计算方法，由于非线性计算的复杂性，规范提供了相似原理进行理论计算，但相似原理方法只能用于水平荷载作用在泥面以上的桩的计算，当水平荷载作用在地表面、多层地基、或者遇到变刚度桩的计算问题时，相似原理方法就不适用了，只能用加权平均法来把多层地基转化为均质地基或是把变刚度桩转化为等刚度桩。当多层地基各层土质差别较大时，这种均质地基简化将会使计算结果出现较大的误差，上述问题限制了

3、该方法的推广应用。,桩基工程反演分析,以水平荷载作用下的桩基实测位移值为基础，基于m法构造合适的目标函数来反推地基土水平抗力系数。根据试桩资料反算m值时，桩身材料、桩的截面型式以及桩的尺寸等因素与m值分离。,桩基工程反演分析,桩基工程中位移反分析法,目标函数,约束条件,桩基工程反演分析,桩基工程中位移反分析法,桩基工程反演分析,桩基工程反演分析,宁波某二十万吨级码头试桩反演分析结果,桩基工程反演分析,桩身水平位移、弯矩计算值与实测值对比图,桩基工程反演分析,上海某码头试桩数据,桩基工程反演分析,桩身水平位移、弯矩计算值与实测值对比图,桩基工程反演分析,桩身刚度和荷载级数,桩基工程反演分析,水平

4、抗力比例系数的敏感性分析,桩基工程反演分析,桩身刚度的敏感性分析,桩基工程反演分析,复推对桩侧土的影响,初复推荷载大小和泥面位移,桩基工程反演分析,桩身刚度变化,桩基工程反演分析,复推对桩侧土体m值的影响,桩基工程反演分析,复推对桩侧土体m值的影响,桩基工程反演分析,小结,1、水平荷载作用下试桩资料的反分析法，克服了试算中由于桩基模型参数不足而造成的计算困难，可以实现位移计算值和测试值在最小二乘意义下的拟合，使桩基参数的反演建立在更加合理可靠的基础上，算例证明方法简便可靠。,桩基工程反演分析,小结,2、本方法是以拟合全部位移实测值为条件的，反分析结果不会因为个别实测值的正常误差而产生明显变化，

5、因此该法对实测值精度和数目的要求比较实际。,桩基工程反演分析,小结,3、根据分析结果，桩的受力特性对桩身刚度和m值变化的敏感性与荷载的大小有关，荷载越大，敏感性越强；根据桩身刚度变化情况能准确判断桩身是否开裂，可以分析桩基在极限状态下的受力状况，采用此方法，可以在大位移状态和桩身开裂状态下进行桩基水平承载力研究。,非线性m法研究,大量试验证明，在小位移时土也表现较强的非线性，且位移越小，m值变化越大。现有规范中对于大位移情况下水平推力桩在采用m法的情况下，取消了小位移（10mm）的条件限制，但是对于泥面处大位移时m值的取值问题没有给出明确说明，这对实际工程设计参数选择造成了一定困难。因此有必要

6、进一步研究m值在大位移情况下的变化规律。,线性m法局限性,非线性m法研究,试验资料收集,非线性m法研究,试验资料收集,地区：从福建到连云港沿海地区桩型：预应力混凝土方桩、钢管桩、预应力 混凝土大直径管桩桩径：0.41.5m作用点高度：0.1226.1m最大泥面位移：130mm,非线性m法研究,试验资料整理,非线性m法研究,试验资料整理,非线性m法研究,桩身刚度退化规律,非线性m法研究,m值与泥面位移关系,非线性m法研究,m值与泥面位移关系,非线性m法研究,m值与泥面位移关系,，,非线性m法研究,C和k与压缩系数关系曲线,非线性m法研究,计算步骤,非线性m法研究,算例分析,非线性m法研究,算例分

7、析,结论,1、提出了更加合理的水平受荷桩的反分析方法，该法充分利用所有实测资料，力求计算值在整体上与实测值接近，从而使地基参数的反演建立在更加合理可靠的基础上；结果表明：在循环荷载作用下，桩侧土体的m值逐渐增加，并呈现指数衰减，且其衰减趋势逐渐减小；桩的受力特性对m值变化的敏感性与荷载的大小有关，荷载越大，敏感性越强；,结论,2、根据大量现场实测资料，统计分析出了m值与泥面位移的指数变化关系，并给出了各中土质条件下对应的m值的理论计算公式，为在不同泥面位移情况下合理选取m值提供了可靠的理论计算依据；,水平受荷桩在倾斜泥面下的特性,高桩码头设计与施工规范(JTJ29198)4.2.3：码头下面设

8、抛石棱体，在计算桩的水平承载力和垂直承载力时，各桩的假想地表面在桩轴线上的位置，可取码头前沿泥面与实际斜坡面交点的1/2处。然后从假想泥面处算起，根据假想嵌固点法进行设计计算。,抛石棱体假想地表面1、设计抛石面；2、假想地表面；3、抛石棱体,水平受荷桩在倾斜泥面下的特性,1、开展室内模型试验研究，进行详细的室内模型试验设计，对以下五种工况的水平受荷单桩进行模型试验研究：,泥面水平加载泥面坡度1:4上坡向加载泥面坡度1:4下坡向加载,泥面坡度1:3上坡向加载泥面坡度1:3下坡向加载,水平受荷桩在倾斜泥面下的特性,2、通过室内模型试验,分析泥面坡度对泥面位移、桩顶位移以及桩身弯矩的影响并提出修正公

9、式，泥面坡度对桩基其它水平受力特性的影响仅进行定性分析；,3、通过室内模型试验结合有限元分析，研究泥面坡度对土弹簧刚度的影响，并对其进行数值拟合，提出针对泥面坡度和桩深度的修正公式，为倾斜泥面下桩基的水平受荷计算提供理论依据；,桩基在倾斜泥面的室内模型试验,试验装置,模型槽 加载装置量测装置试验桩土,桩基在倾斜泥面的室内模型试验,桩基在倾斜泥面的室内模型试验,试验成果分析与讨论,模型试验数据处理与分析,泥面水平加载试验泥面坡度1:4上坡向水平加载试验泥面坡度1:4下坡向水平加载试验泥面坡度1:3上坡向水平加载试验泥面坡度1:3下坡向水平加载试验,试验成果分析与讨论,桩身弯矩曲线,泥面水平时,试

10、验成果分析与讨论,桩身挠曲线,试验成果分析与讨论,桩顶和泥面位移曲线,试验成果分析与讨论,桩身抗力曲线,试验成果分析与讨论,桩身弯矩曲线,泥面坡度1:4上坡向加载时,试验成果分析与讨论,桩身挠曲线,试验成果分析与讨论,桩顶和泥面位移曲线,试验成果分析与讨论,桩身抗力曲线,试验成果分析与讨论,桩身弯矩曲线,泥面坡度1:4下坡向加载时,试验成果分析与讨论,桩身挠曲线,试验成果分析与讨论,桩顶和泥面位移曲线,试验成果分析与讨论,桩身抗力曲线,试验成果分析与讨论,桩身弯矩曲线,泥面坡度1:3上坡向加载时,试验成果分析与讨论,桩身挠曲线,试验成果分析与讨论,桩顶和泥面位移曲线,试验成果分析与讨论,桩身抗

11、力曲线,试验成果分析与讨论,桩身弯矩曲线,泥面坡度1:3下坡向加载时,试验成果分析与讨论,桩身挠曲线,试验成果分析与讨论,桩顶和泥面位移曲线,试验成果分析与讨论,桩身抗力曲线,试验成果分析与讨论,泥面坡度对桩水平承载性能的影响分析,泥面坡度对桩身弯矩的影响,泥面坡度对桩身位移的影响,桩身最大弯矩桩身最大弯矩点深度泥面下桩身第一弯矩零点的深度,桩顶位移泥面位移,试验成果分析与讨论,泥面坡度对桩身最大弯矩的影响,试验成果分析与讨论,泥面坡度对桩身最大弯矩点深度的影响,试验成果分析与讨论,泥面坡度对泥面下桩身第一弯矩零点位置的影响,试验成果分析与讨论,泥面坡度对桩顶位移的影响,试验成果分析与讨论,泥

12、面坡度对泥面位移的影响,数值模拟分析与讨论,计算简化处理,不考虑小荷加载段的弹簧刚度变化弹簧刚度的计算深度在泥面以下10D范围内，对于10D以下桩段，弹簧刚度按照10D深度处的弹簧刚度取值。以加载600N，泥面水平状态为例进行验证。,数值模拟分析与讨论,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:3上坡向加载土弹簧刚度计算,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:4上坡向加载土弹簧刚度计算,数值模拟分析与讨论,泥面水平加载土弹簧刚度计算,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:4下坡向加载土弹簧刚度计算,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:3下坡向加载土弹簧刚度计算,数值模拟分析与讨论,泥面坡度对土弹簧刚度的影响分析,通过对

13、弹簧刚度无量纲化处理、数值拟合得：,以泥面以下14D，即 14为例，将计算刚度与实测刚度进行对比：,数值模拟分析与讨论,弹簧刚度计算值与实测值对比（1，即zD）,数值模拟分析与讨论,弹簧刚度计算值与实测值对比（2）,数值模拟分析与讨论,弹簧刚度计算值与实测值对比（3）,数值模拟分析与讨论,弹簧刚度计算值与实测值对比（4）,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:3上坡向加载数值模拟与实测对比图,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:4上坡向加载数值模拟与实测对比图,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:4下坡向加载数值模拟与实测对比图,数值模拟分析与讨论,泥面坡度1:3下坡向加载数值模拟与实测对比图,结论与建议,

14、1、通过各坡度的水平受荷桩室内模型试验，以泥面倾角为参数，基于泥面水平状态桩基的受力特征，对桩身最大弯矩、桩身最大弯矩点位置、泥面下弯矩第一零点的位置分别提出了修正计算公式，这可作为确定倾斜泥面下桩基假想嵌固点位置的参考。,结论与建议,2、通过室内模型试验，研究了泥面坡度对桩身位移的影响。以泥面水平状态的桩身位移计算作为基准，通过数值拟合分析对桩顶位移、泥面位移分别提出了修正公式。,结论与建议,3、通过室内模型试验和数值模拟，研究了泥面坡度对土弹簧刚度的影响，在泥面水平状态桩基的土弹簧刚度计算的基础上，提出了针对泥面坡度和桩深度的修正公式，为倾斜泥面下桩基的水平承载性能计算提供了理论依据。,谢 谢,中交上海三航科学研究院有限公司,