[发明专利]偏斜管桩承载力分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程建设领域，具体涉及偏斜管桩承载力分析方法。

背景技术

置于地基土中的预应力管桩属于细长结构，若预应力管桩周围地基土发生水平位移，将导致预应力管桩发生偏斜、挠曲甚至弯断。为避免出现斜桩问题，需要确定预应力管桩的承载性状，然而，如何确定预应力管桩的承载性状是一直尚未解决的技术难题，特别是对于偏斜管桩，目前还没有合理的方法来计算偏斜管桩的承载力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供偏斜管桩承载力分析方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了偏斜管桩承载力分析方法，包括以下步骤：

S1利用有限元分析将偏斜管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的偏斜管桩单元，其中N、L_i根据实际情况设定；

S2构建桩侧荷载传递函数：

式中，表示第i个偏斜管桩单元的桩土之间的位移，i＝1,…,N，表示第i个偏斜管桩单元的侧阻力，C_s为偏斜管桩所在地基土的弹性阶段单位位移桩侧摩阻力，f_u为偏斜管桩的桩侧摩阻力极限值，S_μ为的偏斜管桩的桩侧摩阻力达到极限时偏斜管桩与所在地基土之间的位移；

S3构建桩端荷载传递函数：

式中，S^b表示偏斜管桩的桩端位移，f(S^b)表示偏斜管桩的端阻力，E₀表示桩端处地基土的变形模量，ν表示桩端处地基土的泊松比，d为偏斜管桩的直径，α为桩端弹簧折减系数，β为桩端持力层软化系数，β对于桩端持力层为遇水易软化的风化岩层取0.9，其他情况取1.0，η为设定的修正系数，η的取值范围为[0.7,,0.9]，s′_μ为桩端土极限位移；

S4结合桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数建立偏斜管桩的力学模型，计算出各偏斜管桩单元结点的内力、位移和偏斜管桩的侧阻力、端阻力，进而得到偏斜管桩的承载力分析结果。

优选地，S_μ的取值范围根据地基土的类型进行设定，具体为：

地基土为填土时设定为7～10mm，地基土为淤泥质粘土时设定为7～12mm，地基土为粘性土时设定为6～10mm，地基土为粉土时设定为6～10mm，地基土为砂土时设定为5～9mm，地基土为风化岩土时设定为3～7mm。

优选地，s′_μ的取值范围根据地基土的类型进行设定，具体为：

地基土为一般粘土时s′_μ取值为0.25d，地基土为硬塑粘土时s′_μ取值为0.1d，地基土为砂土时s′_μ取值为0.08～0.1d，地基土为风化岩土时s′_μ取值为0.05～0.08d，其中，d为偏斜管桩的直径。

进一步地，所述偏斜管桩承载力分析方法还包括以下步骤：

S5对偏斜管桩的参数α、s′_μ、f_u、S_μ进行调整，确定最终的桩侧荷载传递函数、桩端荷载传递函数，进而根据步骤S4计算偏斜管桩的承载力。

优选地，对偏斜管桩的参数α、s′_μ、f_u、S_μ进行调整，具体为：

(1)选择有代表性的土层预设偏斜管桩，并在偏斜管桩埋设滑动测微计；

(2)运用滑动测微计测试偏斜管桩在各级荷载下摩阻力和端阻力分布规律和分配比例，各土层摩阻力发挥状态、桩端沉降和桩身总压缩变形量，并将测试结果与所述偏斜管桩的承载力分析结果进行对比，根据对比结果，调整偏斜管桩的参数α、s′_μ、f_u、S_μ。

本发明的有益效果为：

(1)实现了偏斜管桩的承载力分析，解决了传统理论上无法用理论分析偏斜管桩承载力的难题；

(2)基于荷载传递法的基础上，定义了桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数，通过结合桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数建立偏斜管桩的力学模型，不需要进行现场测量便能计算出各偏斜管桩单元结点的内力、位移和偏斜管桩的侧阻力、端阻力，简化了工程，提高了偏斜管桩的承载力分析效率；

(3)能够适应各种复杂的边界条件；

(4)易于处理非均质材料、各向异性材料；