本發(fā)明涉及工程建設(shè)領(lǐng)域，具體涉及偏斜管樁承載力分析方法。

背景技術(shù)：

置于地基土中的預(yù)應(yīng)力管樁屬于細長結(jié)構(gòu)，若預(yù)應(yīng)力管樁周圍地基土發(fā)生水平位移，將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管樁發(fā)生偏斜、撓曲甚至彎斷。為避免出現(xiàn)斜樁問題，需要確定預(yù)應(yīng)力管樁的承載性狀，然而，如何確定預(yù)應(yīng)力管樁的承載性狀是一直尚未解決的技術(shù)難題，特別是對于偏斜管樁，目前還沒有合理的方法來計算偏斜管樁的承載力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供偏斜管樁承載力分析方法。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

提供了偏斜管樁承載力分析方法，包括以下步驟：

s1利用有限元分析將偏斜管樁沿長度方向劃分為n個長為li、直徑為d的偏斜管樁單元，其中n、li根據(jù)實際情況設(shè)定；

s2構(gòu)建樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)：

式中，表示第i個偏斜管樁單元的樁土之間的位移，i＝1,…,n，表示第i個偏斜管樁單元的側(cè)阻力，cs為偏斜管樁所在地基土的彈性階段單位位移樁側(cè)摩阻力，fu為偏斜管樁的樁側(cè)摩阻力極限值，sμ為的偏斜管樁的樁側(cè)摩阻力達到極限時偏斜管樁與所在地基土之間的位移；

s3構(gòu)建樁端荷載傳遞函數(shù)：

式中，s^b表示偏斜管樁的樁端位移，f(s^b)表示偏斜管樁的端阻力，e0表示樁端處地基土的變形模量，ν表示樁端處地基土的泊松比，d為偏斜管樁的直徑，α為樁端彈簧折減系數(shù)，β為樁端持力層軟化系數(shù)，β對于樁端持力層為遇水易軟化的風(fēng)化巖層取0.9，其他情況取1.0，η為設(shè)定的修正系數(shù)，η的取值范圍為[0.7,,0.9]，s′μ為樁端土極限位移；

s4結(jié)合樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)建立偏斜管樁的力學(xué)模型，計算出各偏斜管樁單元結(jié)點的內(nèi)力、位移和偏斜管樁的側(cè)阻力、端阻力，進而得到偏斜管樁的承載力分析結(jié)果。

優(yōu)選地，sμ的取值范圍根據(jù)地基土的類型進行設(shè)定，具體為：

地基土為填土?xí)r設(shè)定為7～10mm，地基土為淤泥質(zhì)粘土?xí)r設(shè)定為7～12mm，地基土為粘性土?xí)r設(shè)定為6～10mm，地基土為粉土?xí)r設(shè)定為6～10mm，地基土為砂土?xí)r設(shè)定為5～9mm，地基土為風(fēng)化巖土?xí)r設(shè)定為3～7mm。

優(yōu)選地，s′μ的取值范圍根據(jù)地基土的類型進行設(shè)定，具體為：

地基土為一般粘土?xí)rs′μ取值為0.25d，地基土為硬塑粘土?xí)rs′μ取值為0.1d，地基土為砂土?xí)rs′μ取值為0.08～0.1d，地基土為風(fēng)化巖土?xí)rs′μ取值為0.05～0.08d，其中，d為偏斜管樁的直徑。

進一步地，所述偏斜管樁承載力分析方法還包括以下步驟：

s5對偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ進行調(diào)整，確定最終的樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)、樁端荷載傳遞函數(shù)，進而根據(jù)步驟s4計算偏斜管樁的承載力。

優(yōu)選地，對偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ進行調(diào)整，具體為：

(1)選擇有代表性的土層預(yù)設(shè)偏斜管樁，并在偏斜管樁埋設(shè)滑動測微計；

(2)運用滑動測微計測試偏斜管樁在各級荷載下摩阻力和端阻力分布規(guī)律和分配比例，各土層摩阻力發(fā)揮狀態(tài)、樁端沉降和樁身總壓縮變形量，并將測試結(jié)果與所述偏斜管樁的承載力分析結(jié)果進行對比，根據(jù)對比結(jié)果，調(diào)整偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)實現(xiàn)了偏斜管樁的承載力分析，解決了傳統(tǒng)理論上無法用理論分析偏斜管樁承載力的難題；

(2)基于荷載傳遞法的基礎(chǔ)上，定義了樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)，通過結(jié)合樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)建立偏斜管樁的力學(xué)模型，不需要進行現(xiàn)場測量便能計算出各偏斜管樁單元結(jié)點的內(nèi)力、位移和偏斜管樁的側(cè)阻力、端阻力，簡化了工程，提高了偏斜管樁的承載力分析效率；

(3)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的邊界條件；

(4)易于處理非均質(zhì)材料、各向異性材料；

(5)不僅適用于分析垂直管樁和任何偏角的偏斜管樁的承載力，還適用于分析管樁在豎向荷載、水平荷載和彎矩同時作用下的承載力。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明一個實施例的偏斜管樁承載力分析方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明另一個實施例的偏斜管樁承載力分析方法的流程示意圖。

具體實施方式

結(jié)合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。

實施例1

參見圖1，本實施例提供的偏斜管樁承載力分析方法，包括以下步驟：

s1利用有限元分析將偏斜管樁沿長度方向劃分為n個長為li、直徑為d的偏斜管樁單元；

s2構(gòu)建樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)：

式中，表示第i個偏斜管樁單元的樁土之間的位移，i＝1,…,n，表示第i個偏斜管樁單元的側(cè)阻力，cs為偏斜管樁所在地基土的彈性階段單位位移樁側(cè)摩阻力，fu為偏斜管樁的樁側(cè)摩阻力極限值，sμ為的偏斜管樁的樁側(cè)摩阻力達到極限時偏斜管樁與所在地基土之間的位移；

s3構(gòu)建樁端荷載傳遞函數(shù)：

式中，s^b表示偏斜管樁的樁端位移，f(s^b)表示偏斜管樁的端阻力，e0表示樁端處地基土的變形模量，ν表示樁端處地基土的泊松比，d為偏斜管樁的直徑，α為樁端彈簧折減系數(shù)，β為樁端持力層軟化系數(shù)，β對于樁端持力層為遇水易軟化的風(fēng)化巖層取0.9，其他情況取1.0，η為設(shè)定的修正系數(shù)，s′μ為樁端土極限位移；

s4結(jié)合樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)建立偏斜管樁的力學(xué)模型，計算出各偏斜管樁單元結(jié)點的內(nèi)力、位移和偏斜管樁的側(cè)阻力、端阻力，進而得到偏斜管樁的承載力分析結(jié)果。

其中，步驟s4可采用有限元分析和fortran程序進行相關(guān)參數(shù)的計算。

優(yōu)選地，考慮偏斜管樁的承載力特征，設(shè)定η的取值范圍為[0.7,,0.9]。

本實施例實現(xiàn)了偏斜管樁的承載力分析，解決了傳統(tǒng)理論上無法用理論分析偏斜管樁承載力的難題；基于荷載傳遞法的基礎(chǔ)上，定義了樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)，通過結(jié)合樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)建立偏斜管樁的力學(xué)模型，不需要進行現(xiàn)場測量便能計算出各偏斜管樁單元結(jié)點的內(nèi)力、位移和偏斜管樁的側(cè)阻力、端阻力，簡化了工程，提高了偏斜管樁的承載力分析效率；

在樁端荷載傳遞函數(shù)中，本實施例在s^b≥s′μ時，利用樁端彈簧折減系數(shù)和樁端持力層軟化系數(shù)對端阻力進行調(diào)整，能夠使得偏斜管樁的承載機理更接近實際工作情況，從而提高后續(xù)承載力的計算精度；

此外，本實施例設(shè)計的偏斜管樁承載力分析方法能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的邊界條件，適用于處理非均質(zhì)材料、各向異性材料的偏斜管樁；本實施例的偏斜管樁承載力分析方法不僅適用于分析垂直管樁和任何偏角的偏斜管樁的承載力，還適用于分析管樁在豎向荷載、水平荷載和彎矩同時作用下的承載力。

實施例2

在實施例1的基礎(chǔ)上，sμ的取值范圍根據(jù)地基土的類型進行設(shè)定，具體為：

地基土為填土?xí)r設(shè)定為7～10mm，地基土為淤泥質(zhì)粘土?xí)r設(shè)定為7～12mm，地基土為粘性土?xí)r設(shè)定為6～10mm，地基土為粉土?xí)r設(shè)定為6～10mm，地基土為砂土?xí)r設(shè)定為5～9mm，地基土為風(fēng)化巖土?xí)r設(shè)定為3～7mm。

實施例3

在實施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，s′μ的取值范圍根據(jù)地基土的類型進行設(shè)定，具體為：

地基土為一般粘土?xí)rs′μ取值為0.25d，地基土為硬塑粘土?xí)rs′μ取值為0.1d，地基土為砂土?xí)rs′μ取值為0.08～0.1d，地基土為風(fēng)化巖土?xí)rs′μ取值為0.05～0.08d，其中，d為偏斜管樁的直徑。

根據(jù)地基土的類型進行設(shè)定sμ、s′μ的取值范圍，能夠使得定義的樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)和樁端荷載傳遞函數(shù)更加貼近實際情況，從而使得后續(xù)的偏斜管樁的承載力分析更為真實、貼近實際。

實施例4

參見圖2，在實施例1的基礎(chǔ)上，所述偏斜管樁承載力分析方法還包括以下步驟：

s5對偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ進行調(diào)整，確定最終的樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)、樁端荷載傳遞函數(shù)，進而根據(jù)步驟s4計算偏斜管樁的承載力。

優(yōu)選地，對偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ進行調(diào)整，具體為：

(1)選擇有代表性的土層預(yù)設(shè)偏斜管樁，并在偏斜管樁埋設(shè)滑動測微計；

(2)運用滑動測微計測試偏斜管樁在各級荷載下摩阻力和端阻力分布規(guī)律和分配比例，各土層摩阻力發(fā)揮狀態(tài)、樁端沉降和樁身總壓縮變形量，并將測試結(jié)果與所述偏斜管樁的承載力分析結(jié)果進行對比，根據(jù)對比結(jié)果調(diào)整偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ。

由于偏斜管樁承載力分析方法中的相關(guān)參數(shù)α、s′μ、fu、sμ值是與偏斜管樁的樁側(cè)和樁端土層的性質(zhì)有關(guān)，在具體應(yīng)用時，該α、s′μ、fu、sμ的取值需積累一些地區(qū)性經(jīng)驗。為了確定以上參數(shù)的合理取值范圍，在各個地區(qū)首次使用該方法時，可通過運用滑動測微計測試偏斜管樁在各級荷載下摩阻力和端阻力分布規(guī)律和分配比例，各土層摩阻力發(fā)揮狀態(tài)、樁端沉降和樁身總壓縮變形量，并將測試結(jié)果與偏斜管樁承載力分析方法分析結(jié)果進行對比，根據(jù)對比結(jié)果，調(diào)整偏斜管樁承載力分析方法中的相關(guān)參數(shù)α、s′μ、fu、sμ，并確定該地區(qū)相關(guān)參數(shù)α、s′μ、fu、sμ的合理取值范圍。地區(qū)相關(guān)參數(shù)確定后，便可使用該方法更準(zhǔn)確地分析偏斜管樁的承載性狀。

其中，根據(jù)對比結(jié)果調(diào)整偏斜管樁的參數(shù)α、s′μ、fu、sμ，具體實施方式如下：

(1)選擇有代表性的土層預(yù)設(shè)管樁，并在管樁中埋設(shè)滑動測微計，進行樁基承載力破壞試驗，根據(jù)測試結(jié)果，可得出各土層的極限阻力fu，可將此值作為該區(qū)域的計算參數(shù)fu；

(2)將各土層的sμ按照一般的取值范圍進行計算，在各級荷載作用下，將偏斜管樁的承載力分析結(jié)果中的側(cè)阻力計算結(jié)果與滑動測微計測試結(jié)果對比，并不斷調(diào)整sμ值，直到計算結(jié)果與測試結(jié)果在設(shè)定的吻合程度范圍內(nèi)，可將此時的sμ值作為該區(qū)域的計算參數(shù)sμ；

(3)進行樁基承載力破壞試驗，繪制q-s(荷載-位移)曲線，從曲線出現(xiàn)明顯陡降的起始點對應(yīng)的荷載值，在此荷載值作用下滑動測微計測得的樁端位移為s′μ，將此值作為該區(qū)域的計算參數(shù)s′μ；

(4)根據(jù)曲線出現(xiàn)明顯陡降的起始點對應(yīng)于滑動測微計測得的樁端荷載值及陡降的終點對應(yīng)于滑動測微計測得的樁端荷載值，將程序樁端阻力計算結(jié)果與滑動測微計測試結(jié)果對比，并不斷調(diào)整α值，直到計算結(jié)果與測試結(jié)果設(shè)定的吻合程度范圍內(nèi)，將此時的α值作為該區(qū)域的計算參數(shù)α；

(5)在同一地區(qū)選取數(shù)根管樁進行以上相同測試，求出相應(yīng)的參數(shù)，并取各參數(shù)的平均值作為該地區(qū)的計算參數(shù)α、s′μ、fu、sμ。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。