文摘

挤压多学科桩是一种变截面桩,是由添加一个轴承分支腔常数截面桩使用扩张和挤压设备。广泛应用于工程实践以其承载力高、沉降变形小、经济效益高、适应性强、简单桩形成的过程。本文提出了一种新型的挤压多学科桩及其成形工具发明。桩的成型刀具已申请一项发明专利和授权的中国国家知识产权管理。多个组的比较模型的新压缩多学科建立桩,应用FLAC3D数值模拟软件研究分支的数量和间距的影响轴承机制提升负荷的反应。结果表明,分支机构的数量和间距对提高承载力有显著影响,荷载位移曲线、摩擦阻力,和压力分布规律的新桩和土桩。合适的分支机构的数量和间距最大化提升单桩的承载力和减少沉降。

1。介绍

一堆与多个分支是一种变截面桩的形成通过添加轴承树枝常数截面桩的基础上。而常数截面桩(1),与多个分支桩的承载机理已经有了很大的改变。分支增加桩的行动范围,提高了桩侧摩擦。分支桩相互作用的增强效果充分利用每层土的力学性能之间的分支。因此,广场混凝土单桩的承载力明显提高,以节约成本和缩短施工周期2,3]。

许多研究人员已经进行了相当多的活力变量部分桩的承载力和常数部分桩通过实验室和现场实验,理论分析和数值模拟技术。人们进行了无数次研究探讨soil-pile交互机制和影响因素恒定截面桩的承载力。曹et al。4]研究了单桩的水平机械反应,发现单桩的水平位移和弯矩控制的直径,长度和桩的弹性模量。周et al。5)执行的一组测试研究领域的影响土壤沿桩身钢筋的预应力高强混凝土(PHC)桩提高承载力的桩。结果表明,最终的表面摩擦PHC桩相比,可以大大提高胶结土土的桩界面。Franza et al。6)提出了一个两阶段模型来描述外部行为和最终的桩身应力的影响在一群桩的反应受到垂直和tunnelling-induced负载,可以估计桩位移和内力。Lueprasert et al。7]研究了在外载荷作用下桩的影响在其相邻隧道,隧道和soil-pile互动机制背后反应是阐明数值模拟方法。王等人。8)发现,桩直径和弯曲刚度对荷载传递曲线有显著影响(p- - - - - -y密度曲线)的横向加载monopiles沙子,和一个新的p- - - - - -y曲线可以占提出了大口径monopile的失效机理。吴和Vanapalli9]发现减少吸入造成水渗透导致不同的结果与被广泛接受的行为的非饱和膨胀土中单桩。吸的影响在合理的桩基设计应考虑膨胀土。王,石原10]导出半解析模型,准确预测桩基础的荷载位移曲线和时间响应与多个桩直径和纵横比。Nakagama et al。11]证明了路基反应机制的组合桩在干燥的地面非常不同于饱和。

此外,普遍接受的是变截面桩的研究成果更少比常数截面桩。变截面桩的调查主要集中在其轴承机制。李等人。12,13)揭示了砂颗粒的迁移规律在桩基础和桶。他们认为,基础和桶可以提高土壤应力动员的效率在浅深度,这桩基础基金会和pile-bucket基金会横向响应中提供更好的性能。沈et al。14)开发了一种理论方法预测螺旋桩的提升能力与一个板,这可能需要安装速度和直径螺旋的考虑。Fayez et al。15),基于一个大型鲨鱼表测试系统研究单一的动态响应和地震荷载组合螺旋桩,认为最大剪力和最大弯矩发生在螺旋桩在一群远离软化土壤区。尼斯和Hesham El Naggar16)进行了一系列现场桩的负载测试,以确定的最终解释能力测试螺旋桩,考虑到安装扭矩大直径斜桩承载力有显著影响。李等人。17)采用三维非线性动态数值模拟方法探讨X截面减少边坡位移的有效性,表明外侧边坡位移将显著降低X形桩组与圆pile-improved地面相比,和变形响应控制的间距,桩取向和桩不变性。此外,支盘桩吸引了数值学者的注意,其优越的轴承性能。施等。18]比较分析了不同压力之间的特点和适用范围由支盘桩两种单向挤压工艺和双向挤压工艺。Zhang et al。19)数值分析分支位置的影响,间距,数字,和直径挤桩的承载力,考虑到桩顶荷载将共享分支,支盘桩,有两个不同的失效机制,命名各个分支机制和圆柱形失败机制。刘等人。20.)建立和验证基于荷载传递法的计算方法来计算支盘桩的承载力,发现沉降的依赖电阻可以用双曲函数来描述揭示和桩土之间相互作用的非线性性质,并挤桩的承载力主要取决于分支的承载力和桩端与桩侧摩擦的贡献挤桩的承载力。马等。21)提出了支盘桩的计算理论剪切位移法的基础上,发现支盘桩的承载力理论与实验结果吻合良好。王等人。22)进行了静载荷试验系统地研究了支盘桩的承载力,建议部门可以有效降低桩身轴力和大大减少桩端轴力,导致挤压桩的荷载位移曲线变化趋势缓慢而恒定截面的桩。Al-Suhaily et al。23]设计了一桩与桩身的扩大基础由横切面和两个或四个开放式盖茨从桩身两侧。他们发现盖茨可能进一步增加支承面积,提高桩的承载力。Al-Shakarchi et al。24)的影响进行了实验探讨提升负荷与各种倾向斜桩的提升能力。他们认为垂直或斜桩的提升能力成正比撤军加载的倾向,和更大的隆起负载属于负斜桩,而不是正斜桩在所有装运倾向。

本文提出了一种新型的挤压多学科桩。挤压的成形工具分公司是被发明的,这是中国国家知识产权管理局授权的专利号:ZL 201710377924.7。分支间距和数量的影响对桩提高承载力检查使用称为应用FLAC3D数值模拟软件共有11个桩,其中10多个分支机构和其中一个有一个不变的部分。依赖的荷载位移曲线,最终提高承载力,一边摩擦阻力,桩的应力分布规律,周围的土桩间距和数量的分支从多个角度系统地分析。

2。新挤压多学科桩及其成型刀具

新挤压多学科桩一个小分支直径(分支直径小于两倍的直径与等截面桩),可以设置几个十几个分支机构根据桩的长度和单桩承载力的要求。成形设备分支是发明和合理的结构,重量轻,快速施工。形成设备不容易陷阱土壤在准备的过程中分支。此外,顺利推进腔可以收回后重复挤压,这促进了自由流动的整个钻孔设备。此外,该设备被广泛使用,不易受工作环境的影响,并且不需要特殊的防水密封处理。

如图1(一),新的挤压多学科桩由挤压分支1和桩身2圆形截面。从数据1 (b),1 (c),1 (d),形成设备分支由较低的钢套管3,上层套管4,套管支撑板5,进油管管6,上接杆7,8回油管道,阀室9,铰链,推进室11日低12接杆,液压千斤顶连接块13日回油管道14日进口液压千斤顶15日回油管道16日出口并返回弹簧17。液压千斤顶是用于推动挤压腔获得均匀厚度的分支。挤压腔多次挤压时能顺利返回。形成了挤压分支,瓣腔被添加在推进腔的1/3。形成设备解决了传统的挤压设备的缺点是容易捏泥土,的优点是重量轻,操作方便,快速施工。成形设备装有钢外壳和一个半封闭扩张腔。钢外壳靠近孔壁,避免土壤的发生崩溃时,扩张腔扩大土壤。

3所示。数值模

本文应用FLAC3D数值模拟软件是用于建立五组挤桩模型与多学科分支间距为2.0d,2.5d,3.0d,3.5d和4.0d(d分别是桩直径),和一群equal-section桩模型,探索提升上的分支间距的影响支盘桩的承载力。同样,桩模型与分支的数量3,4,5,6,7了。分支间距3.0倍桩径的成堆的分支数量3,4,5,而分支间距成堆的分支数字6和7,分别是桩直径的2.5倍和2.0倍。建立了接触表面在建模时桩土之间。只有一个类型的土壤被选为平原土壤尽可能排除干扰因素,探索分支间距和数量在隆起的影响挤压多学科桩的承载力。计算的1/4模型被选中,因为对称的几何模型,如图2。土壤和桩的参数如表所示1。

模型的大小是 。桩长、桩径和分支直径10米,0.6米,1.2米,分别。砖元素是用来模拟土体和桩体。支盘桩的施工技术是使用混凝土和混凝土的刚度远远大于土壤。因此,莫尔-库仑模型选为土体的材料模型,而线性弹性本构模型是用来模拟桩。桩和土之间的相互作用是通过建立接触表面转移。因为模型是一个典型的轴对称的身体(几何大小对称,对称负载),四分之一选择模型的模拟计算。根据轴对称平面半无限体在弹性力学问题,土壤的垂直位移边界下的土壤被假定为零,也就是说,土壤的垂直位移在一定深度的分支桩的底部是零。土壤的深度以下的底部新挤桩通常是多学科(8 ~ 10)d(d是一桩直径),这是作为5米。不平衡的压力达到 的结束条件计算得到足够精确的结果。模型部分没有任何锋利的角落,和导致non-convergence奇异刚度矩阵。提升负载应用桩从200 kN的顶部(表面负载,以下相同),和负载增加了200 kN每阶段的最大装载5000 kN。

4所示。数值模拟结果和讨论

4.1。分支间距对轴承的影响机制

根据荷载沉降曲线如图3,它是判断,最终提升equal-section桩的承载力是1000 kN,最终提升桩的承载力和分支间距为2.0d,2.5d,3.0d,3.5d和4.0d是3400 kN, 4000 kN, 4200 kN, 3200 kN,和2800 kN,分别。最终提高承载力的新压缩多学科equal-section桩的桩明显大于(22]。分支间距为3.0d的荷载沉降曲线的分割点类型(steep-declining样式和slow-declining样式)。如图4,当外加负载≤1000 kN·m⁻²的隆起定居点桩基本上是相同的,而桩的隆起定居点当外加负载> 1000 kN截然不同。分支的桩间距为3.0d最均匀隆起结算的增加,导致的最新外观提升失败的特征。可以判断,最终提高承载力的新压缩多学科堆盘间距为3.0d是最大的。这种现象背后的原因可能是周围的应力叠加范围土壤桩间距与分支 , ,和 逐渐减少,土壤的反应部队枝子被逐渐增加,导致增加最终提高承载力,而只有部分分支机构之间的土壤发挥了更好的作用在桩提高承载力的分支间距 和 ,导致在极限承载力下降的趋势。

图5(一个)显示的图撤军挤多学科桩的失效模式,和滑动破坏面决定的形式提高承载力的桩25]。图5 (b)描述了Z方向的位移图与分支桩间距为2.0d当加载4000 kN,此时桩被损坏。分支机构之间的薄土层承载力不足,造成剪切破坏彻头彻尾地土壤的层沿滑动面在图1和图25(一个)。图5 (c)介绍了轮廓的Z桩的位移与分支间距为2.5d当加载4000 kN接近极限承载力。分支成为之间的土层厚与分支的桩间距为2.0d,导致沿滑动面剪切破坏模式1和3在桩周围的土壤。然而,大多数土壤的分支是沿滑动面剪切破坏模式3,而沿滑动面滑动趋势4是不明显的。如图5 (d),周围的土壤与分支桩间距为3.0d厚度足以支持主要故障轨迹沿滑动面3和下属故障趋势沿滑动面4。

值得注意的是,4000 kN的负载没有达到桩的承载力与分支间距为3.0d。数据5 (e)和5 (f)显示的轮廓Z桩的位移与分支间距为3.5d和4.0d当加载4000 kN,大型土壤位移之间的3.0分支机构d。即土壤在3.0d从执行的分支部分的上表面渗透沿滑动面剪切破坏模式1增加土壤塑性区分布,从而导致承载力下降与桩直径和其他分支。声明的现象与分支桩间距为4.0d更明显的比与分支桩间距3.5d。可以确定,最终提高承载力的新压缩多学科分支间距为3.0d是最大的。从桩的位移图分支间距为3.0d位移的传播范围X方向是直径约三倍的分支的中心线,并考虑群桩的影响,本文认为抗隆起之间的最小中心距桩群桩的分支直径的6倍。

4.2。分支机构数量对轴承的影响机制

提升负载应用到新的表面挤压多学科桩,从1600年开始kN 5000 kN和加载200 kN /阶段。根据荷载位移曲线,如图6,最终提高桩的承载力的分支数量3,4,5,6,7被认为是3400 kN, 3800 kN, 4200 kN, 4000 kN,和3400 kN,分别。即,尽管桩与分支的数量6之前最小的隆起位移达到其极限承载力,达到最终提高能力与支撑板5号桩前,所以与支撑板5号桩最大的极限提升能力。分支机构的数量小于5时,隆起位移减少数量增加的分支。土壤有效的轴承体的体积形状的一个反向循环表分支逐渐增加,使荷载位移曲线逐渐从steep-decreasing类型变化慢变化类型。这表明,分支机构之间的有效的加压土壤的功能逐渐增强,使轴承利用分支逐渐明显。支持光盘的数量大于5时,所有的荷载位移曲线都变成steep-declining类型。如图7,最终提高承载力的增加桩的条数大于5大于桩的条数小于5。最终的隆起承载力是线性增加的分支数量从3到5,这是完全反对与分支桩的数量从5到7。

桩与数字5是用来描述一个分支分支对桩身轴力的影响(F₁)和桩侧摩擦阻力,其余的新压缩多学科桩相似。轴向力急剧下降在分支的位置,与一个了不起的分支轴承效应,如图8。除了上面的分支(即。,branch 1), the load shared by each plate increased linearly when the uplift load was more than 2000 kN, but the load shared by each branch was similar when the uplift load was less than 2000 kN, as displayed by Figure9。随着负载的增加,负载共享,每个分支(F₂)是直接分支的深度成正比,这是常数部分桩相比,一个明显的区别。由于土壤的薄厚度在树枝上1,它不能提供足够的阻力使分支发挥轴承的优势,导致稳定状态1共享负载的分支。

负载共享比例η负荷之和的比例是由树枝挤多学科桩的极限承载力。提出了图10,树枝的负载共享比例是40% - -70%的范围内,由桩和负载共享的和分支的数量5比例也最低共享提升负载总数的近50%。桩的载荷增量由每个分支,一个分支的数量5是最温柔的,这暗示的分支桩的应力集中是远小于其他成堆的各种分支,分支数量的桩5有更多的安全储备。负荷之和由树枝倾向于稳定时,成堆的分支数量4和5是接近隆起极限承载力,而负荷之和由另一桩与多个分支显示下降趋势。这表明,土壤在一个或几个分支通过剪切破坏状态,所以一堆5的分支数量是合理的。如图11,桩侧摩擦阻力的分支数量密切相关。一般来说,桩侧摩擦阻力的一堆数字5是最好的一个分支,稳定在加载后期,表明桩与分支数量的5土壤在树枝上的轴承效应最大化。从数据10和11之间,有一个明显的互补关系的轴承力分支和桩侧摩擦阻力的新压缩多学科堆。

周围的土桩的应力状态可以间接反映支撑板的状态轴承力和桩侧摩擦阻力的程度,显示在图12。主应力的分布在桩与各分支机构的数量,当加载4000 kN。拉伸和压缩应力集中出现的根源上表面和下表面的根源的分支,分别。应力集中的程度从上到下逐渐增加,即。,the load borne by the branches gradually increased from top to bottom, which was the unique bearing feature of the new squeezed multiple-branch pile. Hence, it is important to ensure the quality of concrete placement in the actual project, so that the pile will not suffer from tensile damage due to the poor tensile properties of concrete. The degree of stress concentration in the soil between branches was inversely proportional to the number of branches. The greater the number of branches, the lower the possibility of shear damage of the branch itself, and the highest safety reserve of the branch, but its ultimate pullout resistance was not the highest.

此外,压力逐渐减少泡沫成立分公司的上表面,和土体内应力分布呈现抛物线模式向外传播,这与实际情况是相一致的。成堆的五种不同数量的分支,分支的土壤表面下立即显示区域的压力接近于0(零应力区),但影响程度很小。分支的数量小于5时,零应力区范围的埋藏深度是成反比的分支和分支机构的数量,这意味着分支下的土壤已经脱离树枝,和负载非常接近最终提高承载力,但零应力区范围的5盘桩是最小的,所以最终的隆起5盘桩的承载力大于桩的分支数量的3和4。光盘的数量大于5时,零应力区范围大于桩的分支的数量小于5。因为零应力区范围分支的数量成正比,和更倾向于通过剪切破坏,最终提升桩的承载力与5的分支数量大于桩的分支数量的6和7。

此外,土壤的应力扩散新挤多学科桩周围出现桩与各分支机构的数量,和土壤的应力扩散范围的上表面土壤的分支比,下方的分支。土壤中的应力扩散的程度是成反比的埋藏深度分支和分支机构的数量。成堆的条数小于5,应力叠加已经非常明显,和桩周围土的塑性区渗透,导致桩的失败轴承效应和隆起位移急剧增加。桩的应力叠加5数量远小于一个分支的分支数量的3和4的桩,也没有through-shear损伤桩周围的土壤,因此,桩与分支数5的最大极限提升承载能力。

5。结论

提出了一种新的堆挤多学科调查分支间距和分支的影响提高承载力,荷载位移曲线,分支轴承机制,桩侧摩擦阻力,提高负荷条件下的应力分布规律和原则。的主要结论可以总结如下:(1)在相同的条件下,最终提升能力的新压缩多学科桩equal-section桩的四倍。平原土壤,分支的桩间距3.0倍桩直径是最大的。在此基础上,桩长、桩径、和分支数量可以调整根据土层的力学性能。(2)最终提高承载力的新堆挤多学科分支时最大的数字是5。桩侧摩擦阻力主要扮演了主要角色在加载初期,和轴承利用分支主要是强调在以后的阶段。负载共享比例的分支是40 - 70%的范围内,和支撑板越深葬,负载共享就越大。(3)集中抗拉应力和压应力集中出现在根分支的上表面和下表面的根源的分支,分别。和集中压缩应力与桩身发生在连接的部分。是很重要的,以确保混凝土浇注质量的实际项目,以避免拉伸断裂桩混凝土拉伸性能差。(4)分支机构的数量小于5时,零应力区范围的埋藏深度成反比的分支和分支机构的数量。分支机构的数量大于5时,零应力区范围大于桩的数量小于5的一个分支,分支越多,零应力区范围越大。

数据可用性

生成的数据集和分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究获得金融支持安徽省重点实验室的开放基础建筑结构和地下工程(没有。klbsue - 2020 - 04),安徽大学、合肥。由于西方安徽大学和安徽科技大学提供研究条件。