水平荷载与扭矩耦合作用下斜桩承载变形特性研究

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近年来斜桩在海上风电机组、近海码头和特高压输电塔架等工程基础中广泛运用。斜桩桩身轴线与地面不垂直,致使桩身侧向土压力和土体位移呈非轴对称分布,这使得斜桩的承载变形性状比直桩复杂的多。对于特高压输电塔架斜桩基础,经常承受来自风和上部结构产生的水平荷载、扭矩和竖向荷载。当上部结构产生的竖向荷载较小时,风荷载引起的等效到斜桩桩顶的水平荷载H和扭矩T产生的复杂的耦合作用将显著影响斜桩的承载力。因此,研究水平荷载和扭矩耦合作用下斜桩的承载变形性状具有重要的工程实践意义。首先,通过室内砂性土中的模型试验,研究了斜桩在耦合荷载作用下的承载变形特性。分析了桩身倾斜角度和桩-土界面粗糙程度这两个影响因素对斜桩极限扭转承载力、桩身扭矩、弯矩和剪力的影响。结果表明:耦合荷载作用下,斜桩受扭破坏;桩身倾斜角度增加会降低斜单桩极限扭转承载力,而桩-土界面粗糙程度增加会提高斜单桩极限扭转承载力;斜桩桩身扭矩沿桩体全长分布,而弯矩和剪力主要分布在桩顶下一定桩身深度范围内。然后,采用数值方法研究了耦合荷载作用下黏性土地基中工程斜单桩的承载变形特性。分析了斜桩桩身倾斜角度对桩身侧向水平位移、桩身扭矩和弯矩的影响。此外,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心矩和桩身长径比对斜桩极限扭转承载力的影响。结果表明:耦合荷载作用下,斜桩受扭破坏;桩身倾斜角度增加会提高斜单桩极限扭转承载力;斜桩桩身扭矩沿桩体全长分布,而弯矩主要分布在桩顶下一定桩身深度范围内;桩身长径比较桩-土刚度比和荷载偏心矩对斜桩扭转极限承载力有显著影响,随着长径比的增加,桩身扭转极限承载力大幅度提高。最后,运用数值方法分析了耦合荷载作用下黏性土地基中1×2工程斜群桩的承载变形特性,并与水平荷载或扭矩单独作用下1×2斜群桩的承载变形特性进行了对比研究。结果表明:耦合荷载相比扭矩单独作用会使得各基桩桩身承受不均等的扭矩;耦合荷载相比水平荷载单独作用会使得各基桩桩头剪力和弯矩产生不均等分配,并使各基桩桩身承受不均等的弯矩。
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