• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      雙向循環(huán)荷載下的單樁基礎累積側(cè)向位移

      2020-01-14 09:09:24胡安峰肖志榮江進華南博文
      上海交通大學學報 2020年1期
      關(guān)鍵詞:樁基礎側(cè)向雙向

      胡安峰, 肖志榮, 江進華, 付 鵬, 南博文

      (1.浙江大學 濱海和城市巖土工程研究中心;軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室,杭州310058;2.浙江科技學院 土木與建筑工程學院,杭州310023)

      隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,樁基礎在港口碼頭、跨海大橋等工程中應用越來越廣泛,這類樁基礎破壞機理和變形情況比傳統(tǒng)樁基更為復雜.車輛等交通荷載產(chǎn)生豎向作用,風、波浪等產(chǎn)生水平向作用,而且這些荷載作用為長期循環(huán),使樁基容易產(chǎn)生累積變形.因此,研究豎向和水平循環(huán)荷載作用下樁基礎的累積側(cè)向位移意義重大.

      國內(nèi)外學者對水平循環(huán)荷載作用下樁基變形特性做了大量研究.樁基礎側(cè)向變形分析方法最普遍的是美國石油協(xié)會(API)[1]建議的p-y曲線分析法,但在水平循環(huán)荷載作用下樁基側(cè)向位移分析中,API建議的折減系數(shù)不能體現(xiàn)循環(huán)次數(shù)對累積變形的影響.Poulos[2]在采用p-y曲線法研究樁基循環(huán)累積變形時考慮了樁周土體強度和剛度隨循環(huán)次數(shù)衰減的影響,并給出了循環(huán)荷載作用下土體強度與剛度弱化因子的計算曲線.Rosquoet等[3]進行了一系列水平循環(huán)加載下樁基特性試驗,得出了循環(huán)荷載大小與樁身循環(huán)變形之間的關(guān)系表達式.朱斌等[4]進行了砂土中大直徑單樁水平受荷試驗,提出了與循環(huán)應力比相關(guān)的p-y曲線循環(huán)弱化因子和相應的樁基累積變形分析方法.郭玉樹等[5]提出了通過室內(nèi)循環(huán)三軸試驗的結(jié)果來分析單樁基礎在水平循環(huán)荷載下變形的方法.羅如平等[6]通過開發(fā)有限元用戶子程序?qū)偠人p模型嵌入到數(shù)值分析中,研究了荷載特性與循環(huán)次數(shù)對樁基累積水平變形的影響.

      港口碼頭和跨海大橋等工作環(huán)境復雜,樁基礎同時承受水平和豎向循環(huán)荷載作用,但以上研究在分析樁基累積側(cè)向變形時沒有考慮豎向循環(huán)荷載的影響.Parvin等[7]利用數(shù)值模擬和模型試驗,分析了水平和豎向循環(huán)荷載耦合作用下單樁的特性,表明樁身軸力、樁身彎矩比單向加載時都更大;左殿軍等[8]利用數(shù)值模擬研究了水平和豎向循環(huán)荷載作用下碼頭群樁基礎的受力特性;但兩者都沒有考慮樁周土體循環(huán)弱化發(fā)生剛度衰減的特性.本文基于室內(nèi)循環(huán)三軸試驗數(shù)據(jù),建立考慮雙向循環(huán)荷載下的軟黏土剛度衰減模型,利用商業(yè)有限元軟件Abaqus進行二次開發(fā),通過用戶子程序?qū)偠人p模型嵌入到有限元分析中,研究豎向和水平循環(huán)荷載耦合作用下單樁基礎的累積側(cè)向位移特性.

      1 剛度衰減模型

      許多學者研究了土體在循環(huán)荷載作用下的特性,提出了一些軟化模型.Idriss等[9]最早提出了軟化指數(shù)δ的概念,即土體切變模量在第N次與第1次循環(huán)時的比值,建立了軟化指數(shù)與循環(huán)次數(shù)關(guān)系的表達式:

      式中:d為軟化參數(shù).Yasuhara等[10]在研究砂土循環(huán)特性時,提出了軟化指數(shù)和循環(huán)次數(shù)之間的半對數(shù)表達式:

      王軍等[11]開展了飽和軟黏土的循環(huán)三軸試驗,發(fā)現(xiàn)δ與lgN之間并不是簡單的線性關(guān)系,而是存在較明顯的曲線關(guān)系,因而提出公式如下:

      式中:α,β為軟化參數(shù).王軍等[12]又研究了雙向循環(huán)荷載作用下飽和軟黏土的軟化特性,對土樣同時施加徑向和軸向正弦循環(huán)荷載如圖1所示.

      圖1 雙向正弦循環(huán)荷載曲線[12]Fig.1 Bidirectional sinusoidal cyclic loadings[12]

      圖中p0為圍壓,σdh與σdv分別為徑向與軸向循環(huán)應力,循環(huán)偏應力σd=σdv-σdh.為了便于研究,分別定義了循環(huán)偏應力比與徑向循環(huán)應力比:

      式中:τu為土體不排水強度.文中分析了循環(huán)偏應力、徑向循環(huán)應力對軟化參數(shù)的影響,考慮雙向循環(huán)荷載作用下土體的軟化情況,利用式(3)建立了軟化模型.雖然考慮了rc和Rc對δ的影響,但模型公式復雜,擬合參數(shù)較多,難以確定,在實際工程中應用難度較大.

      基于此,本文在其試驗數(shù)據(jù)基礎上對軟化參數(shù)α和β進行重新擬合,得到較簡潔實用的關(guān)系式如下,從而改進軟化模型.

      式中:a,b,c均為擬 合 參 數(shù),分 別 為0.010 34,-0.044 52,0.485 21.圖2所示為修正剛度衰減模型與實測數(shù)據(jù)的對比.從圖中可以看出,修正剛度衰減模型曲線與實測數(shù)據(jù)點吻合得較好,發(fā)展變化趨勢相同,進一步說明了本文剛度衰減模型的正確性.

      圖2 修正剛度衰減模型Fig.2 Modified model of stiffness degradation

      2 數(shù)值模擬

      2.1 建立模型

      在樁土模型中,飽和軟黏土地基采用 Mohr-Coulomb彈塑性模型,參照文獻[13]可得相應參數(shù).樁體材料為混凝土,樁基采用線彈性模型,土體及樁基模型參數(shù)如表1所示.

      通過有限元軟件Abaqus建立三維樁土有限元模型.由于模型及受力的對稱性,樁土模型采用半圓柱體.圖3所示為數(shù)值計算模型,單樁直徑D=1m、樁長L=20m,為了避免模型邊界條件對數(shù)值模擬結(jié)果的影響,樁基中心距水平向邊界和樁底距地基底部的距離都取15倍樁徑[14],樁土之間建立摩擦接觸,摩擦因數(shù)為tan(0.75φ).受荷時樁土模型如圖4所示.其中,y為樁頂側(cè)向位移,F(xiàn)h與Fv分別為水平循環(huán)荷載和豎向循環(huán)荷載.

      表1 土體及樁基模型參數(shù)Tab.1 Model parameters of soil and pile

      圖3 樁土數(shù)值計算模型Fig.3 Numerical simulation pile-soil model

      圖4 受荷時樁土模型剖面圖Fig.4 Profile of pile-soil model under loadings

      2.2 剛度衰減模型的實現(xiàn)

      建立樁土模型,進行地應力平衡后同時對單樁施加水平循環(huán)荷載和豎向循環(huán)荷載.要在有限元分析中實現(xiàn)剛度衰減模型,需執(zhí)行以下3個步驟.

      (1)輸出施加循環(huán)荷載前后每個土體單元的最大主應力和最小主應力,即σ(1)1、σ(1)3與σ(2)1、σ(2)3.

      (2)計算出σ(2)1與σ(1)1和σ(2)3與σ(1)3的差值,即分別得到σdv和σdh;然后算出循環(huán)偏應力σd.

      (3)由σd和σdh根據(jù)式(4)和(5)求得每個土體單元所受的循環(huán)偏應力比與徑向循環(huán)應力比,再依次利用式(6)、(7)和(3)計算所有土體單元在雙向循環(huán)荷載作用下的軟化指數(shù),最后通過子程序來實現(xiàn)土體剛度衰減模型在有限元分析中的應用.

      3 有限元模型的驗證

      Liao等[15]在近海軟黏土中開展了不同水平循環(huán)荷載作用下PVC管樁側(cè)向位移發(fā)展的室內(nèi)模型試驗.在模型試驗中,樁長1 000mm,嵌入深度700 mm,樁徑為50mm,壁厚5mm,黏土重度為17kN/m3,模型樁的水平靜力極限荷載為100N.采用本文的方法,建立和模型試驗參數(shù)一致的有限元模型,計算單樁在不同水平循環(huán)荷載下的累積側(cè)向位移,再和模型試驗結(jié)果比較,如圖5所示.從圖中可以看出,在水平循環(huán)荷載作用下,本文結(jié)果比原試驗略小一些,但發(fā)展變化的規(guī)律相同.同時,在N=1 000后,側(cè)向位移發(fā)展趨于平穩(wěn).這表明本文提出的剛度衰減模型可用于研究軟黏土中單樁基礎的側(cè)向位移問題.

      圖5 本文模擬與模型試驗結(jié)果對比Fig.5 Comparison between the proposed model and model test

      4 雙向循環(huán)荷載下樁基側(cè)向位移分析

      研究雙向循環(huán)荷載作用下樁基側(cè)向位移,需要先確定樁基的水平極限承載力Fhu和豎向極限承載力Fvu.參考Zdravkovi'c等[16]研究方法,基于樁頂水平變形0.1D來確定Fhu,根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范[17]可以確定Fvu.為模擬雙向循環(huán)荷載作用下單樁基礎受力狀態(tài),在豎向和水平向同時施加正弦規(guī)律變化的循環(huán)荷載如下.

      式中:w1,w2代表荷載頻率;t為加載時間;Fvc,F(xiàn)hc分別是豎向循環(huán)荷載幅值和水平循環(huán)荷載幅值.借鑒既往研究方法[18-19],取w1=w2=1Hz,定義豎向循環(huán)荷載比η=Fvc/Fvu,水平循環(huán)荷載比λ=Fhc/Fhu.取不同的循環(huán)荷載比,進行不同幅值循環(huán)荷載作用下單樁基礎累積側(cè)向位移研究:η=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5;λ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6.

      4.1 雙向循環(huán)荷載下樁頂側(cè)向位移的發(fā)展

      豎向循環(huán)荷載幅值恒定(η=0.2)時,改變水平循環(huán)荷載幅值,樁頂累積側(cè)向位移的發(fā)展情況如圖6所示.從圖中可以看出,當水平循環(huán)荷載較小時(λ=0.1)側(cè)向位移基本保持不變,累積位移不足0.01m.由此可知存在最小水平循環(huán)荷載比λmin,當λ≤λmin時側(cè)向位移并不隨著循環(huán)次數(shù)增大而累積.當λ從0.2到0.5時,側(cè)向位移隨循環(huán)次數(shù)增大而迅速發(fā)展,在N=1 000后發(fā)展變緩,最后趨于穩(wěn)定.因此,水平循環(huán)荷載產(chǎn)生的循環(huán)效應主要集中在循環(huán)周期的前面階段,朱斌等[4]在砂土模型試驗中也得到類似規(guī)律.當λ>0.5時,樁頂側(cè)向位移隨著循環(huán)次數(shù)急劇增大,樁頂側(cè)向位移并不趨于平穩(wěn).基于此,表明存在最大水平循環(huán)荷載比λmax,從控制變形的角度分析,λ應控制在0.5以下.

      圖6 不同水平循環(huán)荷載下的樁頂側(cè)向位移Fig.6 Lateral displacements of pile head under various lateral cyclic loadings

      圖7 不同豎向循環(huán)荷載下時樁頂側(cè)向位移Fig.7 Lateral displacements of pile head under various vertical cyclic loadings

      圖7所示當λ=0.5時,不同豎向循環(huán)荷載下樁頂累積側(cè)向位移的發(fā)展情況.如圖所示:η為0.2和0.3時樁頂側(cè)向位移開始時增長較快,后期逐漸趨于平穩(wěn);同時隨著η增大,樁頂側(cè)向位移的發(fā)展速度增快,而且達到穩(wěn)定時所需要的循環(huán)次數(shù)也越大.例如η=0.2時,位移趨于穩(wěn)定需要約1 000次,然而η=0.4時,循環(huán)1 000次后累積位移仍持續(xù)增長,與圖6中水平循環(huán)荷載作用下N=1 000后位移趨于平穩(wěn)有所不同,說明豎向循環(huán)荷載影響樁頂側(cè)向位移的發(fā)展,推遲其平穩(wěn)階段.當η=0.5時,樁頂位移持續(xù)增大,y/D超過0.1時樁基已經(jīng)被破壞.因此,當豎向與水平循環(huán)荷載都比較大時(λ=0.5,η=0.5),樁基礎累積位移發(fā)展迅速,位移值較大,樁基容易破壞,在實際工程中應避免雙向循環(huán)荷載都較大的情況.

      雙向循環(huán)荷載作用下樁頂累積側(cè)向位移如圖8所示(N=10 000).當水平循環(huán)荷載較小時(λ=0.1),樁頂側(cè)向位移很小且?guī)缀醪蛔儯f明水平循環(huán)荷載較小時豎向循環(huán)荷載的增大對樁頂側(cè)向位移影響很小.當水平循環(huán)荷載較大時(λ為0.2~0.5),隨著η增大,樁頂側(cè)向位移不斷增長,而且發(fā)展速度加快.豎向循環(huán)荷載比η從0.1到0.2時,樁頂側(cè)向位移增長較小,但η為0.2~0.5時,樁頂側(cè)向位移增長迅速,這說明豎向循環(huán)荷載比對樁基累積變形的影響存在一個界限值ηlim.朱斌等[19]在砂土中豎向循環(huán)受荷單樁的沉降模試型驗中也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律.驗證了本結(jié)論的正確性.

      圖8 雙向循環(huán)荷載下的樁頂側(cè)向位移Fig.8 Lateral displacements of pile head under bidirectional cyclic loadings

      4.2 單向與雙向循環(huán)荷載下樁頂側(cè)向位移的對比

      N=10 000次時,樁頂施加豎向靜載(0.3Fvu)與豎向循環(huán)荷載(η=0.3)下的樁頂累積側(cè)向位移對比情況如圖9所示.由圖可見,當水平循環(huán)荷載較小時,兩者位移相近,當水平循環(huán)荷載較大時,豎向靜載條件下的側(cè)向位移明顯小于豎向循環(huán)荷載條件下的側(cè)向位移,且差距不斷增大.這是因為單樁受到雙向循環(huán)荷載耦合作用時,樁周土雙向受荷,雙向循環(huán)荷載作用下土體的強度比單向循環(huán)荷載作用下強度低[20].循環(huán)荷載較小時,應變發(fā)展緩慢,土體的應變較小,土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)尚未破壞,故而兩者樁頂側(cè)向位移相近.循環(huán)荷載增大時,雙向受荷土體的應變迅速發(fā)展,土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較早開始被破壞,出現(xiàn)應變軟化現(xiàn)象,剛度不斷減小,故而樁基變形更大.

      圖9 豎向靜載與豎向循環(huán)荷載下的樁頂側(cè)向位移Fig.9 Lateral displacements of pile head under vertical static and cyclic loadings

      4.3 不同豎向循環(huán)荷載下的樁身側(cè)向位移

      不同豎向循環(huán)荷載下樁身側(cè)向位移的發(fā)展情況如圖10所示(λ=0.3,N=10 000),其中z為樁基的豎向坐標.可以看出,η為0.1和0.2時,位移零點的位置在埋入深度為10m左右,之后隨著η的增大,位移零點的位置不斷下移,說明豎向循環(huán)荷載的增大加深了樁土變形的區(qū)域.同時,樁身側(cè)向位移也隨著η的增大而不斷發(fā)展,η=0.1和0.2時,位移曲線基本重合,而η=0.3的零點以上側(cè)移比η=0.2的零點以上側(cè)移發(fā)展更迅速,說明豎向循環(huán)荷載對樁基變形的影響存在一個界限值.

      圖10 不同豎向循環(huán)荷載作用下的樁身側(cè)移Fig.10 Lateral displacements of pile under various vertical cyclic loadings

      5 結(jié)語

      本文建立了基于雙向循環(huán)受荷的軟黏土剛度衰減模型,通過用戶子程序?qū)偠人p模型嵌入到有限元模型分析中,研究豎向和水平循環(huán)荷載耦合作用下單樁基礎的累積側(cè)向位移特性,得到如下結(jié)論:

      (1)水平和豎向循環(huán)荷載耦合作用下,樁周土體雙向受荷,應變發(fā)展迅速,剛度不斷減小,易出現(xiàn)應變軟化現(xiàn)象,使得樁頂側(cè)向位移相比于只受水平循環(huán)荷載下的位移更大.循環(huán)加載一定周期后,樁頂累積側(cè)向位移逐漸趨于平穩(wěn),但豎向循環(huán)荷載的增大會推遲其平穩(wěn)階段,使其達到平穩(wěn)階段的循環(huán)周期增大.

      (2)水平循環(huán)荷載比存在臨界值λmin和λmax.當λ≤λmin時,樁頂側(cè)向位移不會隨著循環(huán)加載而累積.當λmin<λ≤λmax時,循環(huán)加載前期樁頂累積側(cè)向位移隨著循環(huán)次數(shù)增大而增大,后期逐漸趨于平穩(wěn).當λ>λmax時,樁頂累積側(cè)向位移迅速增長,后期并不趨于平穩(wěn).

      (3)當水平循環(huán)荷載較小時,豎向循環(huán)荷載對樁頂累積側(cè)向位移影響不大.當水平循環(huán)荷載較大時,豎向循環(huán)荷載對累積側(cè)向位移的影響存在一個界限值,即ηlim.豎向循環(huán)荷載比小于該值時,豎向循環(huán)荷載對累積側(cè)向位移影響很小.

      猜你喜歡
      樁基礎側(cè)向雙向
      雙向度的成長與自我實現(xiàn)
      出版人(2022年11期)2022-11-15 04:30:18
      軍航無人機與民航航班側(cè)向碰撞風險評估
      鉆芯法在樁基礎檢測中的應用
      樁基礎古今之用
      軍事文摘(2020年24期)2020-02-06 05:57:06
      CFG樁基礎施工質(zhì)量控制探討
      工程與建設(2019年3期)2019-10-10 01:40:48
      承臺在樁基礎抗彎中的應用
      彎月薄鏡的側(cè)向支撐
      側(cè)向風場中無人機的飛行研究
      一種軟開關(guān)的交錯并聯(lián)Buck/Boost雙向DC/DC變換器
      基于 L1自適應控制的無人機橫側(cè)向控制
      格尔木市| 抚远县| 和顺县| 台州市| 惠来县| 洛扎县| 临洮县| 汉沽区| 乐亭县| 沭阳县| 安陆市| 东乌| 芒康县| 阿图什市| 文化| 康马县| 商洛市| 德令哈市| 阳春市| 道孚县| 屏山县| 台中市| 阿合奇县| 增城市| 九龙坡区| 土默特左旗| 怀仁县| 蒙阴县| 湖州市| 吉木萨尔县| 澄城县| 驻马店市| 龙海市| 乌鲁木齐县| 海林市| 陇川县| 新密市| 马鞍山市| 富宁县| 卢湾区| 潢川县|