畢業(yè)職稱論文：擠擴支盤樁的非線性有限元分析

1、.擠擴支盤樁的非線性有限元分析 王啟慶，郭鵬輝作者簡介：王啟慶（1989），男，無. E-mail: wangqiqing08China University Of Mining And Technology,The School Of Resource And Earth Science,Xuzhou,221116;China University Of Mining And Technology,The School Of Resource And Earth Science中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，徐州 221116;中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，徐州 221116221116;

215152115927;江蘇省徐州市中國礦業(yè)大學南湖校區(qū)杏2-B4072;wangqiqing08;798428215王啟慶（1989），男，無;王啟慶;郭鵬輝Wang Qiqing;Guo Penghui王啟慶1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51*|*期刊*|*盧成原,杜新智.擠擴支盤樁的工程應(yīng)用和技術(shù)經(jīng)濟分析J.工程力學，2001，（A02）:673-677.<CR>2*|*期刊*|*張玉敏，王忠海。新型擠擴支盤樁的非線性有限元分析J.山東工業(yè)大學學報，2002,32（1）：76-80.<CR>3*|*期

3、刊*|*李楓，宋煥豹，周云東。擠擴支盤樁的承載特性J.河海大學學報，2010，38，（2）:202-205<CR>4*|*期刊*|*楊保全，俞晨，張思軍。擠擴支盤樁樁土相互作用的三維有限元分析J，河海大學學報，2008,36（3）:351-353*|1|王啟慶|Wang Qiqing|中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，徐州 221116|China University Of Mining And Technology,The School Of Resource And Earth Science,Xuzhou,221116|王啟慶（1989），男，無|江蘇省徐州市中國礦業(yè)大學南湖

4、校區(qū)杏2-B4072|221116|wangqiqing0815152115927<CR>|2|郭鵬輝|Guo Penghui|中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，徐州 221116|China University Of Mining And Technology,The School Of Resource And Earth Science|798428215|擠擴支盤樁的非線性有限元分析|NONLINEAR FEM ANALYSIS OF CHARACTER OF THE SQUEEZED BRANCH PILE|*;（中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，

5、徐州 221116）摘要：擠擴支盤樁是一種具有高承載力和低沉降量特性的新型樁. 本文采用有限元法對擠擴支盤樁進行了模擬分析，得出了支盤樁傳力規(guī)律以及支盤上部土體的應(yīng)力出現(xiàn)正值的原因，對支盤樁的研究具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：擠擴支盤樁；有限元；ADINA中圖分類號：TU473 .1+1NONLINEAR FEM ANALYSIS OF CHARACTER OF THE SQUEEZED BRANCH PILEWang Qiqing1, Guo Penghui2(1. China University Of Mining And Technology,The School Of Resource

6、 And Earth Science,Xuzhou,221116;2. China University Of Mining And Technology,The School Of Resource And Earth Science)Abstract: The squeezed branch pile is a new type one with high bearing capacity and low settlement. With the technique of finite element analysis, the knowledge acquired concerning

7、load transfer characteristics of squeezed branch piles and the cause of squeezed branch breaking away from the soil above the squeezed branch can be used to guide the study o f squeezed branch piles.Key words: squeezed branch pile; FEM; ADINA0引言支盤樁是在原鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上衍生出來的一種新型樁，只是在等截面灌注樁身設(shè)計若干分支或承力盤1，形成介于摩擦樁

8、與端承樁之間的變截面型樁，由于成盤時是通過擠擴設(shè)備在等截面鉆孔適當深度擠擴形成同心擴徑支盤空間，然后灌注混凝土形成樁，所以與普通直桿樁單樁相比，支盤樁不僅存在側(cè)摩阻力和端承阻力，而且由于成盤時對周圍土體有擠擴作用還增加了支盤與周圍土的摩擦力和端承阻力。擠擴支盤樁具有如下優(yōu)點：1）將摩擦樁改為變截面的多支點摩擦端承樁，從而使得采用該樁型的建筑沉降變形小，可有效解決了軟土層承載力低和地震區(qū)抗震力差等問題。2）適應(yīng)于不同土質(zhì)。3）適用范圍廣，該樁不僅可做為豎向承載樁，還可以作為抗拔樁。4）經(jīng)濟性優(yōu)越3，較等截面樁相比單方混凝土可大大提高承載力。但是，目前對擠擴支盤樁的研究還不是很完善，雖然已通過一系

9、列的現(xiàn)場試驗等來探索其作用機理，但支盤樁的靜載荷有實驗用時長、成本高、并且存在加載條件和實驗技術(shù)上的困難等缺點，而有限元法可以解決這些問題，并且可以方便的改變各種參數(shù)進行分析，所以具有很大的優(yōu)越性。本文通過ADINA有限元分析軟件對擠擴支盤樁的力的傳遞過程進行分析，并且和等截面樁進行了比較得出了一些規(guī)律和結(jié)論，對工程實踐有一定的指導(dǎo)意義。1 樁土模型設(shè)計將擠擴支盤樁模型的長度設(shè)計為1200mm，距樁頂490mm和1020mm處各設(shè)1個支盤，樁體直徑為120mm，支盤直徑為240mm，支盤高度設(shè)為80mm，如圖1所示。為了保證有限元的計算精度，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計土體的單側(cè)寬度為2倍的樁長，深度為3倍的

10、樁長2。單位：mm圖1 擠擴支盤樁樁型示意圖Fig. 1 Schematic diagram of squeezed branch pile2計算模型及網(wǎng)格劃分 2.1模型建立及參數(shù)選取模型采用2D的平面應(yīng)力模型，先利用ADINA繪制二維平面模型圖，在模擬中樁體的材料模型設(shè)為線彈性，土體材料模型采用Geotechnical中的Mohr-Coulomb彈塑性模型4。根據(jù)工程實際，樁體混凝土采用C40級別。其中樁土物理力學參數(shù)見表1：表1樁土物理力學參數(shù)Tab. 1 Physico-mechanical parameters of pile and soil名稱彈性模量Ep/kPa 泊松比摩擦角/

11、（度）粘聚力C/kpa 重度/(kN/m3)樁體3.25e70.2425.00土體6.5e30.41614.519.502.2 網(wǎng)格的劃分由于模型為2D平面應(yīng)力模型，在劃分單元時,采用程序自動剖分模式劃分單元，其中對樁體劃分較密，在平面圖上生成4節(jié)點的四邊形網(wǎng)格，最終樁土共劃分為10100個2D單元，整個模型共有10353個節(jié)點，剖分后的樁土模型如圖2所示。圖2 有限元計算模型Fig. 2 Finite element calculation model3計算結(jié)果及分析3.1樁土受力分析利用ADINA軟件對樁土模型進行求解。加載線荷載為1kN時，如圖3所示，支盤樁上部支盤和下部支盤均承受一部分

12、上部傳遞下來的荷載，支盤下部土體受到壓縮使土體所受的豎向應(yīng)力為負值，而支盤上部一定范圍的土體所受應(yīng)力為正值，即土體所受應(yīng)力為拉應(yīng)力，說明在上部荷載作用下由于支盤對下部土體壓縮作用使得支盤下沉比上部土體快，從而導(dǎo)致支盤上部土體與支盤上部發(fā)生分離，即所謂臨空面，又由于支盤上部樁土的摩擦作用使得上部土體的豎向應(yīng)力為正值。并且上盤上部的正值范圍較下盤的范圍大，說明在荷載較小時上部支盤先發(fā)揮作用。隨著荷載的增加兩支盤上部土體所受應(yīng)力的正值范圍在擴大，當荷載達到一定值時上部支盤已不能承受上部荷載，所以會傳遞到下盤，使得下盤上部土體所受應(yīng)力正值范圍擴大。另外，圖4中可發(fā)現(xiàn)由于下部支盤和樁端距離太近使得產(chǎn)生疊

13、加效應(yīng) ，使得支盤樁沒能完全發(fā)揮出作用。圖3施加荷載為1kN時樁土Z軸方向的應(yīng)力Fig. 3 1kN stress zz of the pile and soil圖4施加荷載為5kN時樁體Z軸方向的應(yīng)力Fig. 45kN stress zz of the pile and soil3.2與等截面樁比較與等截面樁比較承載力大幅提高，由于擠擴支盤樁支盤分擔荷載的作用使得軸力傳到樁端較直桿樁較少。和等截面樁相比，在荷載均是10kN的情況下支盤樁樁端處應(yīng)力1kP而等截面樁為2kP，從而可降低樁端力達到降低沉降量的目的，如圖5、6所示（圖6為與支盤同等條件下模擬所得的直桿樁的豎向軸力圖）。 圖5支盤樁的

14、軸力分布圖Fig. 5 Distributed curve o f squeezed branch pile axial force圖6等截面樁的軸力分布圖Fig. 6 Distributed curve o f column bored pile axial force4 結(jié) 語本文利用有限元軟件ADINA對擠擴支盤樁力傳遞的過程進行了非線性有限元分析，并與等截面樁軸力圖作了比較得出如下結(jié)論：1） 擠擴支盤樁的支盤能承受部分上部荷載的，當受力很小時，上盤發(fā)揮較大作用，隨荷載的增加下盤開始發(fā)揮作用。2） 擠擴支盤樁在受到荷載較大時支盤下部土體受到強烈壓縮，而支盤上部土體卻產(chǎn)生了拉應(yīng)力，這是由于支盤上部土體已經(jīng)和支盤發(fā)生脫離，支盤上部和土體產(chǎn)生了臨空面，而土體在靠近支盤的樁土摩擦力的作用使其產(chǎn)生拉應(yīng)力。3） 擠擴支盤樁的支盤之間的距離設(shè)計也會影響支盤樁的承載力的發(fā)揮。參考文獻 (Re