静钻根植竹节桩竖向振动特性与应用研究

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静钻根植竹节桩作为一种新型桩基形式,在长三角软土地区有了一定的工程应用。目前对于静钻根植竹节桩的静力承载特性研究已经取得了大量的成果,然而对于该桩型的动力特性研究较为缺乏,难以满足工程实践的需要。本文通过理论推导、现场低应变动力试验和有限元数值模拟方法对静钻根植竹节桩的竖向动力特性进行了系统地研究,主要研究内容和取得的研究成果如下:(1)考虑到桩芯水泥土与桩身的较强粘结性,提出桩内侧虚土桩模型模拟桩与桩芯水泥土的相互作用,得到了含水泥土芯的竹节桩纵向振动频域解析解和时域半解析解,通过与三维有限元数值模型进行拟合对比,验证了理论模型的合理性,通过参数分析研究了水泥土相关参数对桩顶动力特性的影响,通过室内水泥土试验以及现场竹节桩低应变动力试验,研究了竹节桩桩芯水泥土对桩身低应变测试曲线的影响,并且对模型中的关键参数进行拟合。(2)考虑到桩周水泥土与桩身的较强粘结性和桩身竹节对水泥土的嵌固性,提出桩外侧虚土桩模型模拟桩与桩周水泥土的相互作用,同时考虑到桩周土的成层饱和性和水泥土对桩周土的影响,建立饱和土中双向非均质平面应变模型,得到桩顶频域响应的解析解和时域响应的半解析解,并且与已有文献解进行对比,验证了本文解的合理性,通过参数分析研究了桩周土、桩底土性质、桩周水泥土特性和桩端水泥土扩大头参数对桩基动力响应的影响,通过现场低应变动力试验研究了桩顶低应变测试曲线随着桩周水泥土龄期发展的变化规律,并且对模型关键参数进行反演拟合。(3)考虑到管桩与竹节桩之间连接的焊缝特性,建立双向非均质饱和成层土中组合桩动力响应模型,通过现场低应变动力试验,研究了焊缝在竖向振动中的阻抗传递模型,对前人的模型进行修正,通过静钻根植组合桩现场试验,研究了组合桩速度时域曲线随水泥土龄期变化的影响,并对管桩的模型参数进行反演拟合,通过参数分析,研究了组合桩桩身参数和组合形式对桩顶复阻抗的影响规律。(4)运用ABAQUS数值软件,对比实测曲线,建立了竹节桩和管桩的有限元三维数值模型,研究了竹节桩桩身结构特性包括桩身竹节尺寸、竹节间距和低应变测试时桩顶激振脉冲宽度对速度时域响应的影响,研究了低应变测试时桩顶激振点和拾振点的相对位置对速度响应曲线中反射信号幅值和计算波速的影响,并且与现场测试曲线进行对比,研究了实测波速与桩身材料一维波速和均布荷载作用下波速的关系,并对工程实践提出了建议。(5)运用ABAQUS数值软件,建立了静钻根植竹节桩三维有限元数值模型,通过与前文的现场试验数据进行对比,验证了模型的合理性,通过调整模型和相关参数,研究了桩身非对称性缺陷深度、长度、宽度、与测试点的相对角度等因素对桩顶速度时域曲线的影响,通过对桩周水泥土的区域划分和参数调整,研究了成桩后桩周水泥土不均匀性对桩顶速度时域响应的影响。本文所做的工作发展了竖向振动时桩土动力相互作用的研究,同时对静钻根植竹节桩在桩基动力设计和低应变无损检测具有重要的指导意义。
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