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申请/专利权人：上海大学

摘要：本发明公开了一种用于考虑桩侧摩阻力软化和强化的超长桩沉降计算方法，提出了同时考虑超长桩桩侧摩阻力软化及强化的荷载传递强化模型，建立了考虑桩身混凝土弹塑性的竖向荷载作用下超长桩的非线性计算方法。本发明采用上述的一种用于考虑桩侧摩阻力软化和强化的超长桩沉降计算方法，能够准确反映超长桩的实际受力性状，操作可行而且高效准确。

主权项：1.一种用于考虑桩侧摩阻力软化和强化的超长桩沉降计算方法，其特征在于：包括考虑超长桩侧摩阻力软化、强化的荷载传递模型和沉降计算分析方法；超长桩侧摩阻力软化和强化的荷载传递模型函数如下：设定参数“η”，η是残余摩阻力与极限摩阻力的比值，η1时发生软化现象，η1时发生强化现象，η＝1时，既不发生软化也不发生强化现象，具体荷载传递强化模型如下： 式中：τz为桩侧摩阻力；Sz为桩土相对位移；su为桩土的极限位移；A1、A2、A3、B1、C1、C2为待定参数；A1为桩侧开始发生软化的极限摩阻力，用τzu表示；τu为理想极限摩阻力，两个参数可分别由下两式计算得到：A1＝τzu＝Rf·τu；τu＝Khtanδσv'；式中：Rf为破坏比；Kh表示土体的侧压力系数；δ为桩土接触面摩擦角，其值与桩周土体的内摩擦角相关；σv'为土体竖向有效应力，可由σv'＝γz计算，其中γ为土体重度，z为土体深度；B1表示软化参数，设β＝τrτzu，其中τr为侧阻软化后的残余摩阻力，当超长桩桩侧摩阻力发生软化时，B1的值由下式计算： C1表示与桩土界面初始剪切刚度Ki有关的相关参数，由下式计算得到： 侧摩阻力曲线在原点处的倾角为arctanA1B1C1，也就是初始剪切刚度Ki，即： 又其中Ei表示土体的弹性模量，联立可得： 式中：r0表示桩身半径，L表示桩长，rm表示影响半径，GS表示小应变时土体的剪切模量；K、n为常数，由试验确定；Pa表示大气压力，vs表示土体泊松比；A2和A3的取值，当桩土相对位移Sz不超过Su时，A2为0，A3＝τzu＝Rf·τu；当桩土相对位移Sz超过Su时，A2＝τzu＝Rf·τu，A3＝τst-τzu，此时Sz等于Sz-Su；其中τst为强化极限摩阻力；τzu为开始发生强化的极限摩阻力，τzu可取规范值或勘测值，桩周土层的初始剪切刚度为arctanA2C2或arctanA3C2，由τ-z曲线拟合可以得到初始剪切刚度值，由此得到C2；基于新的软化及强化模型的沉降计算分析法具体如下：假设超长桩桩顶一个微小位移进行迭代求解，并考虑超长桩桩体自重，并连续调整桩顶的位移，使计算结果与实测值在允许的精度范围内，具体计算过程如下：1首先，沿桩全长将桩分为n段，假设桩段1的桩顶荷载为Pt1，产生的桩段1的桩顶位移为St1；2由下式计算桩段1的桩身变形量Sc1： 式中：Ap为桩身横截面面积，E0为桩身初始弹性模量，ΔL1为桩段1的长度；3计算桩段1的桩身应变值ε1： 将ε1带入前面的Ep表达式得到Ep1，令E0＝Ep1，并反带入前式得到Sc'1；计算桩身应变与初始桩身应变的应变增量|Sc'1-Sc1|，当应变增量超过计算精度控制时，令Sc1＝Sc'1，重复上述计算，直到|Sc'1-Sc1|≤10-5，得到Sc'1和Ep1；4计算桩段1的中点位移S1： 5将S1代入上式，得到桩段1的剪应力τ1，则桩段1的总侧摩阻力为：T1＝2πr0ΔL1τ16根据轴向方向力的平衡，计算桩段1的底部荷载：Pb1＝Pt1+γcApΔL1-T1式中γc为桩身混凝土的容重；7计算桩段1的平均荷载： 8修正桩身变形量Sc”1；把P1代入前面的Sc1表达式计算得到的Sc”1与Sc'1进行比较，重复上述计算，直到|Sc”1-Sc'1|≤10-5；9桩段1的底部位移：Sb1＝St1-Sc”110根据位移协调假设和力的平衡原理，桩段2的桩顶荷载和桩顶位移分别为：Pt2＝Pb1，St2＝Sb1；11重复上述步骤，可得到桩段i的桩顶荷载Pti和桩顶位移Sti；当Pti≤0或Sbi≤0时，计算停止；12计算桩侧剪力承担的总荷载T：T＝T1+T2+…+Ti或T＝T1+T2+…+Pb式中Pb为桩端荷载，若计算的T与假设桩段1的桩顶荷载Pt1之间的差值在允许范围内，则St1就是桩顶荷载为Pt1时对应的桩顶位移；13再假定一个桩段1的桩顶位移St'1，若T大于假定的桩顶荷载Pt1，则第二次假定的St'1＜St1；反之，就假定St'1＞St1，则桩顶平均位移为： 重复上述1到12的计算步骤，得到桩侧剪力承担的总荷载T'；14若|Pt1-T'|小于限定值0.1kN，那么就是桩顶荷载为Pt1时的桩顶沉降；若Pt1-T'Pt1-T小于0，那么令重复上述步骤；若Pt1-T'Pt1-T大于零，那么重复上述步骤，直到|Pt1-T'|小于限定值；15重新假定不同的桩顶荷载，重复以上步骤，可以得到不同荷载等级下超长桩的桩顶位移值。

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