文摘

X-section现浇混凝土桩是一种新型的地基加固技术,x形横截面。与传统的圆形桩相比,一个X-section桩具有相同横截面积较大的侧阻力由于其较大的横截面周长。静态加载的行为X-section桩已被广泛报道,尽管很少有人注意X-section桩的动态特性。介绍了大规模X-section桩的模型试验和一个圆形桩横截面积受到砂循环轴向载荷。实验结果表明,循环轴向载荷导致轴摩擦和桩头刚度的退化。X-section桩的动态响应是由加载加载频率和振幅。此外,X-section桩和圆形桩之间的比较分析显示,X-section桩可以提高轴的摩擦,减少循环荷载下的累积沉降。静载荷试验进行了振动测试前调查测试桩的极限承载力。本研究将为进一步的研究提供一个合理的参考X-section桩在实际工程的动态响应。

1。介绍

桩基础已经广泛应用于软土加固,通常暴露于动态负载如交通负荷,machine-induced振动,海浪,除了静态加载。近年来,X-section现浇混凝土桩,一种新型的桩,在中国已在多个项目中实现,如污水处理厂南京(北部的1)和公路之间的连接部分和第四长江大桥2]。X-section堆的利用率这些项目造成了成本降低20%以上。图1显示构造X-section桩的截面。这三个代表性的参数,即 , ,和 ,被指示为开放电弧间距、截面半径,和开放的弧。

许多学者研究桩受到循环轴向载荷的动态响应,例如,(3]。观察轴摩擦减少明显循环轴向载荷作用下(4,5),通常被称为摩擦疲劳(6]。伦道夫(7)由于摩擦疲劳压缩周围的土壤循环剪切作用下。一系列的离心机测试桩检测位移显示循环荷载导致的固定水平在逐步减少有效应力作用于桩身(8,9]。D 'Aguiar et al。10]说明轴摩擦退化的潜在机制使用数值方法。此外,逐步减少环刚度的桩可以观察到越来越多的周期和增加循环荷载水平(11]。永久位移的积累循环轴向荷载作用下桩的模型试验研究,其结果表明,积累解决依赖于负载级别的数量超过周期(12]。此外,线性关系被发现之间的无量纲积累解决桩对软岩和绘制时的周期数在双对数坐标13]。测试报告研究领域长期循环荷载作用下桩基础的承载特性,和公式的累计位移的数量依赖于加载的速度和周期提出了(14,15]。吗哪和由捐款者驱动16,17)进行了数次大规模桩测试调查frequency-amplitude反应和峰值位移振幅单桩和桩基础和诺瓦克的解决方案比较表明,诺瓦克的模型高估了固有频率和共振振幅的全面桩反应由于复杂的现场条件18]。李等人。19)使用离心机模拟单桩和群桩比较成堆的动态响应有不同的安装方法。然而,在大多数情况下,使用传统的圆形桩,形成桩的动态特性是仍然不清楚由于测试数据不足。

X-section堆,作为一个特殊的横截面桩,可以通过扩大桩提高承载力周边和改变荷载传递机制。X-section桩之间的比较研究和一个圆形桩静载荷下横截面积表示的优点X-section桩侧阻力(20.,21]。香港et al。22]提出的依赖X-section群桩的承载力桩端土的刚度、模量、桩和桩土界面摩擦系数。此外,实验和数值解进行演示X-section桩基的荷载传递机制(23- - - - - -25]。

先前的研究在X-section桩主要集中在轴承特征如loading-settlement关系,轴向力、静载下的荷载传递机理。然而,X-section桩的动态特征仍不清楚。介绍了大规模X-section桩的模型试验和一个圆形桩横截面积受到砂循环轴向载荷。X-section桩循环轴向载荷作用下的动力学响应。此外,比较分析X-section桩和圆形桩进行了。

2。大型模型试验

2.1。试验装置

大规模动态模型试验是在一个具体的进行,这是4 m×5 m在平面视图和7米深度。反应室的顶部,梁是制作和安装。动态伺服电机固定在梁应用负载的反应。

2.2。模型桩

X-section桩和圆形桩横截面积相同的模型试验中使用。测试桩使用这件典型的具体构造。所有测试桩是详细的尺寸表1。

测试桩检测负载细胞记录轴力分别在桩头和基地。此外,应变仪放置在桩身的一侧表面测量轴向轴力。桩头的垂直位移和速度记录与位移传感器和速度传感器安装在顶板的伺服驱动器,分别。为了减少副作用的影响,润滑乳胶膜标签室的内表面。测试计划包括测试桩的位置和装配方案的模型试验在图所示2。

2.3。沙子

硅砂从Jianye区,南京,中国,是用于测试,在此称为南京砂。申请前负荷桩头,安静的沙子样本收集室的实验室测试。此外,静力触探试验(CPT),和相应的结果如图3。

详细的实验室测试结果总结在表2。凝聚力的沙是由无侧限压缩试验和三轴试验。摩擦角砂是由直接剪切试验。此外,粒度分析(结合筛和比重计分析)进行选择的砂样品的粒度分布。系数的一致性和曲率被确定为2.31和1.07,分别指示分选良好的沙子。砂砾石测试的曲线如图4。

沙子被层pluviated进入混凝土室,紧随其后的是手持振动压实机的压实。达到预期的干密度、压实计划提前决定通过压实测试。然后物理力学测试进行了现场检查充填质量。最后,这个过程产生的干密度的范围是1.53 ~ 1.57克/厘米³目的,满足了干密度和相对密度约为0.76 ~ 0.80。这个范围的密度与“密集”沙子。沙子的其他物理力学参数如表所示3。

2.4。测试程序

负载应用通过计算机控制伺服驱动器对航母采取反应板。静压桩载荷试验后进行了振动测试。Load-controlled桩头的循环荷载应用振动测试。循环荷载的价值是由 在哪里在桩头循环负载应用,是静载荷,循环荷载的振幅,是加载频率,循环周期。统一的测试程序进行了X-section桩和圆形桩。振动测试中使用的所有值表中列出4。

3所示。静压桩载荷试验

静态负载测试桩的极限承载力进行了振动测试前测试桩。根据中国建筑技术代码测试基础(jgj106 - 2014) [26),解决稳定性判据和终止条件下多级加载静态桩载荷试验中得到确认。静载荷100 kN内时,载荷增量10 kN在每个阶段。相对,载荷增量成为5 kN一旦静载荷超过100 kN。假设和表示静态加载和桩头的累计结算,分别极限承载力曲线可以确定的 的曲线 。X-section桩的荷载沉降关系的特点,提出了圆形桩的人物5和6。每个阶段的负载保持到结算的速度变得极小。它可以看到圆形桩的荷载沉降曲线的斜率变陡时静载荷达到105 kN,这被认为是圆形桩的极限承载力。然而,似乎没有明显的弯曲点 X-section桩曲线,因此其极限承载力应全面曲线确定的 的曲线 :根据曲线 加载相应的值,第二个弯曲点,那里的斜率 曲线急剧增加,被视为极限承载力;应用负载的值对应于10%的解决桩直径通常被认为的极限承载力。然而,考虑到桩长度、载荷的值对应的解决0.04被认为是这里的极限承载力。最后,它指出X-section桩的极限承载力在沙()是140 kN,而相应的最终累计结算()是39.18毫米。因此,可以推断,X-section桩承载力比圆形桩静载荷下,验证在初步研究[20.,21]。

4所示。振动测试结果

循环轴向加载在桩头导致粒子再分配和塑性变形在周围的土壤5,27]。观察到在桩头结算这一过程在宏观层面上反映出来。图7礼物的累积沉降X-section桩的荷载振幅10 kN变量加载频率。可以看到更大的累积沉降在加载频率较大的测试。几乎没有定居点的加载频率测量1 Hz / 5000次。当加载频率到达5赫兹,严重的沉降观察,这表明,外加负载超出了试验桩的承载力。

累计解决X-section桩可变荷载作用下振幅呈现在图8。它可以观察到,沉降速度与循环荷载的增加幅度增加。超过5000个周期,累计定居点在桩头1.31毫米,3.02毫米,10.81毫米,10 kN的荷载振幅,20 kN,分别和30 kN。成堆的行为受到循环轴向载荷被认为是分为三种类型,根据桩反应(27,28]:(我)一个稳定的区域,轴向位移稳定或缓慢地积累数以百计的周期循环载荷作用下。这是指出,这样的周期可以提高轴能力。(2)一个不稳定的区域循环荷载下,位移迅速积累。轴能力显著下降。(3)一个中间Meta-Stable区,位移积累以适度的利率不稳定的周期。随后发展循环失败。

可以看到它的累积沉降稳定在3000周期加载幅度10 kN,称为稳定的方式。加载幅度20 kN,结算以温和的速度累积超过5000周期不稳定,和循环衰竭随后开发的。因此,这种风格的循环反应被称为meta-stable方式。荷载振幅达到30 kN,结算时迅速积累,和轴能力明显下降,建议不稳定的方式。

的累积定居点X-section桩和圆形均匀循环荷载作用下桩与不同加载频率呈现在图9。可以看到,累计结算的数量和周期的曲线X-section桩和圆形桩共享类似的趋势。随着周期的数量增加,X-section桩之间的沉降差和圆形桩出现在超过500个周期加载2赫兹的频率。然而,随着加载4赫兹的频率,可以看到明显的不均匀沉降在最初的周期。最后,所有的沉降曲线变得甚至超过5000个周期,和累积X-section桩的沉降小于圆形桩的18%左右,表明X-section桩的地基加固性能优于圆形桩。

为了研究轴向力的分布和轴摩擦循环轴向载荷作用下,测试桩沿桩身一般分为六个部分。每个桩的轴力峰值段呈现在图10。显然,连续循环荷载导致的轴向力逐渐增加。桩头的轴向力比5000年增加了13%周期。1米的深度下,X-section桩和圆形桩轴力急剧减少。也可以看出X-section桩的轴力较小的圆形均匀循环荷载作用下桩的深度由于其较大的区域。

再分配的变化引起的轴向力的轴摩擦(5]。图(11日)介绍了分布总轴的摩擦。可以观察到轴摩擦浅X-section桩增加的部分,然后成为小沿桩身低于一定水平,这是类似于圆形桩。高峰值的轴摩擦测试桩位于2.25米的深度。此外,每个X-section桩段的总轴摩擦比圆形桩在同一深度超过5000周期。总轴摩擦取决于两个因素:单位的大小轴摩擦和桩周边。单元的分布如图轴摩擦11 (b)。它可以发现X-section的单元轴摩擦桩比圆形的小堆。相反的单位和总轴摩擦应该横截面几何形状所造成的。超过5000个周期,约82%和18%的应用负载X-section桩是由轴摩擦和阻力,分别与圆形桩分别为75%和25%,分别。因此,X-section桩可以改善轴摩擦与圆形桩相比约10%。考虑到X-section桩的周长比圆形桩的大30%,意味着单位轴摩擦作用于桩身X-section的确是小于圆形桩,这正好与之前的研究(25]。因此,它可以X-section桩是获得更有效的动员下轴摩擦由于其较大的横截面周长的循环轴向载荷。

桩的割线刚度代表所需的外力在桩头产生单位位移,这被定义为 在哪里桩头的割线刚度,循环荷载的振幅,在桩头位移的幅值在每个周期中,是在初始周期的割线刚度,周期的割线刚度吗 。变化的割线刚度和周期给出的数据的数量12和13分别加载变量加载振幅和频率。在交变载荷的早期阶段,桩头位移幅度不断增加,这导致了显著的割线刚度的退化X-section堆。这一时期被称为过渡阶段。3000次后,桩头位移幅度稳定由于循环荷载下桩土之间的相互协调和割线刚度成为常数。轴摩擦的降解主要发生在这样一个过渡阶段。

它可以看到从图12有近20%的退化桩头与加载割线刚度1赫兹的频率。然而,退化不明显与加载4赫兹的频率。当加载频率到达5赫兹,桩头的割线刚度变化不大,表明快速稳定的振幅桩头位移。图13显示大加载幅度可能导致更多显著的退化的影响虽然加载比加载频率的振幅并不重要。

数据(14日)和14 (b)现在的速度和加载频率的振幅之间的关系,暗示的影响可以忽略不计的数量周期振幅的速度。速度大幅的振幅从1.17毫米/秒增加到20.36毫米/秒时,加载频率从1 Hz增加到5赫兹的恒定加载幅度10 kN,这表明强桩加载频率较大的反应。在数据可以观察到类似的趋势(15日)和15 (b)与可变荷载振幅。速度的幅度从1.26毫米/秒增加到4.64 mm / s的加载幅值增加从10 kN 30 kN常数加载2赫兹的频率。此外,发现速度变化的振幅近似线性加载幅值。

5。结论

X-section桩受到的动态反应循环轴向载荷进行了大规模的模型试验。得出了以下的结论:(1)X-section桩承载力具有更好的循环轴向载荷作用下由于其较大的侧面积与圆形桩相比。X-section桩和圆形桩之间的比较分析表明,X-section桩可以提高轴的摩擦,减少累计结算。(2)X-section桩被证明是更有效的动员下轴摩擦循环轴向载荷。尽管X-section桩的横截面周长大于30%的圆形桩,X-section桩可以提高10%的总轴摩擦,表明越小意味着单元轴摩擦作用于桩身X-section比圆形均匀循环荷载作用下桩。(3)割线刚度退化X-section桩的桩头循环轴向载荷作用下进行了分析。在最初的周期存在一个过渡阶段,在此期间割线刚度退化尤为明显。然后曲线的斜率变得温柔由于桩之间的相互协调和周围的土壤。轴摩擦的降解主要发生在这个过渡阶段。(4)大加载频率和较大的荷载振幅较大振幅的速度X-section桩头。此外,速度变化的振幅几乎线性加载幅值。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号。51420105013,51420105013,51708064),中央大学的基础研究基金(批准号2016 b42614),和中国奖学金委员会(CSC)。