一種跨海大橋主墩基礎受豎向荷載樁土損傷分析方法與流程
2023-05-08 16:45:47 1
本發明屬於橋梁樁基損傷分析技術領域，具體涉及一種跨海大橋主墩基礎受豎向荷載樁土接觸面損傷分析方法。
背景技術：
跨海大橋主墩基礎受到豎向荷載作用時，樁基會產生相對於樁側土體向下方向的位移，即發生沉降，而樁側土體會阻止樁基的下沉對樁基產生向上的摩阻力，樁基下沉量大，樁側土體提供的摩阻力就越大，當樁土相對位移量達到一定程度，樁側土體摩阻力就不會再增加了，樁便發生急劇的下沉而破壞說明樁土作用達到了極限。作者通過調研分析了解豎向荷載作用下樁土接觸損傷研究現狀，對豎向荷載作用下樁土作用進行受力分析和公式推導，提出了適用於跨海大橋主墩基礎在豎向荷載作用下的樁土接觸面損傷模型，先後進行了土—混凝土剪切試驗23組，樁—土摩擦損傷試驗6組，深入研究了跨海大橋主墩基礎在豎向荷載作用下樁土接觸面損傷機理，並將試驗測試數據與損傷模型計算分析所得數值進行對比分析，驗證了本研究提出的損傷模型的可靠性。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種利用樁側土相對位移量來計算樁側土摩阻力從而對樁側土損傷程度進行分析的跨海大橋主墩基礎受豎向荷載樁土損傷分析方法。
為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：一種跨海大橋主墩基礎受豎向荷載樁土損傷分析方法，包括如下步驟：
步驟1：建立樁土損傷分析模型，設立樁側任意深度z處樁土損傷指數d(z)，並使：
其中：
s(z)為樁土相對位移量；
scu(z)為樁側土體極限位移量；
則樁側土摩阻力的雙曲線損傷荷載傳遞函數為：
式中：
s0為樁側土的初始相對位移量；
為雙曲線中s→0時的斜率；
τm為樁側極限摩阻力；
步驟2：通過計算和測量，獲取深度z處的樁土相對位移量s(z)、樁側土體極限位移量scu(z)、樁側土的初始相對位移量s0、雙曲線中s→0時的斜率以及樁側極限摩阻力τm；
步驟3：將步驟2中獲取的參數s(z)、scu(z)代入公式計算出d(z)，然後將d(z)以及步驟2中測得的參數scu(z)、s0、τm代入公式：
得到深度z處，相對位移量為s(z)的樁側土的摩阻力τ(z)；
步驟4：將計算所得的樁側土摩阻力τ(z)與樁側土極限摩阻力τm進行比較，判斷樁側土損傷情況。
本發明的技術效果在於：利用樁側土相對位移量指標來定義樁土接觸面損傷指數，從而進行樁土損傷作用分析，並可以計算樁側土摩阻力，其結果與實際測量結果相近，具有較高的可靠性，採用該方法分析樁側土摩擦阻力，能夠大大簡化樁基複雜受力損傷分析過程，提高分析效率。
附圖說明
圖1是本發明的實施例所提供的級配良好砂土與混凝土接觸面各工況測試τ-s曲線；
圖2是本發明的實施例所提供的級配良好砂土與混凝土接觸面各工況測試d-s曲線；
圖3是本發明的實施例所提供的級配良好砂土與混凝土接觸面各工況測試與接觸面損傷模型計算值對比圖；
圖4是本發明的實施例所提供的級配不良砂土與混凝土接觸面各工況測試τ-s曲線；
圖5是本發明的實施例所提供的級配不良砂土與混凝土接觸面各工況測試d-s曲線；
圖6是本發明的實施例所提供的級配不良砂土與混凝土接觸面各工況測試與接觸面損傷模型計算值對比圖；
圖7是本發明的實施例所提供的亞粘土與混凝土接觸面各工況測試τ-s曲線；
圖8是本發明的實施例所提供的亞粘土與混凝土接觸面各工況測試d-s曲線；
圖9是本發明的實施例所提供的亞粘土與混凝土接觸面各工況測試與接觸面損傷模型計算值對比圖；
圖10是本發明的實施例所提供的粘性土與混凝土接觸面各工況測試τ-s曲線；
圖11是本發明的實施例所提供的粘性土與混凝土接觸面各工況測試d-s曲線；
圖12是本發明的實施例所提供的粘性土與混凝土接觸面各工況測試與接觸面損傷模型計算值對比圖；
圖13是本發明的實施例所提供的亞砂土與混凝土接觸面各工況測試τ-s曲線；
圖14是本發明的實施例所提供的亞砂土與混凝土接觸面各工況測試d-s曲線；
圖15是本發明的實施例所提供的亞砂土與混凝土接觸面各工況測試與接觸面損傷模型計算值對比圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。
一種跨海大橋主墩基礎受豎向荷載樁土損傷分析方法，其特徵在於包括如下步驟：
步驟1：建立樁土損傷分析模型，設立樁側任意深度z處樁土損傷指數d(z)，並使：
其中：
s(z)為樁土相對位移量；
scu(z)為樁側土體極限位移量；
則樁側土摩阻力的雙曲線損傷荷載傳遞函數為：
式中：
s0為樁側土的初始相對位移量，即樁基建設過程中受到的恆載作用於樁側土而產生的位移量；
為雙曲線中s→0時的斜率；
τm為樁側極限摩阻力；
步驟2：通過計算和測量，獲取深度z處的樁土相對位移量s(z)、樁側土體極限位移量scu(z)、樁側土的初始相對位移量s0、雙曲線中s→0時的斜率以及樁側極限摩阻力τm；
步驟3：將步驟2中獲取的參數s(z)、scu(z)代入公式計算出d(z)，然後將d(z)以及步驟2中測得的參數scu(z)、s0、τm代入公式：
得到深度z處，相對位移量為s(z)的樁側土的摩阻力τ(z)；
步驟4：將計算所得的樁側土摩阻力τ(z)與樁側土極限摩阻力τm進行比較，判斷樁側土損傷情況。
以下結合具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明：
土－混凝土摩擦損傷機理試驗
一、試驗概況
為研究樁與樁側土體受力損傷機理，本研究進行了土－混凝土摩擦試驗，分別模擬了不同深度土—混凝土間的相對摩擦損傷作用。本模型試驗採用固結快剪試驗方法實施測試工作。
剪切試驗根據對剪切盒內土體豎向應力與相應深度土體側向壓應力相等的原則模擬不同深度土體。選取5種土樣：級配良好砂土、級配不良砂土、粘土、亞粘土、亞砂土進行測試，試驗前先對各土樣進行含水率測試。
二、試驗結果分析
(1)級配良好砂土—混凝土接觸面測試結果
級配良好砂土—混凝土接觸面損傷模型試驗各工況測試τ-s曲線見圖1，各工況測試d-s曲線見圖2，各工況下實測值和接觸面損傷模型計算值見圖3。
(2)級配不良砂土—混凝土接觸面測試結果
級配不良砂土—混凝土接觸面損傷模型試驗各工況測試τ-s曲線見圖4，各工況測試d-s曲線見圖5，各工況下實測值和接觸面損傷模型計算值見圖6。
(3)亞粘土—混凝土接觸面測試結果
亞粘土—混凝土接觸面損傷模型試驗各工況測試τ-s曲線見圖7，各工況測試d-s曲線見圖8，各工況下實測值和接觸面損傷模型計算值見圖9。
(4)粘性土—混凝土接觸面測試結果
粘性土—混凝土接觸面損傷模型試驗各工況測試τ-s曲線見圖10，各工況測試d-s曲線見圖11，各工況下實測值和接觸面損傷模型計算值見圖12。
(5)亞砂土—混凝土接觸面測試結果
亞砂土—混凝土接觸面損傷模型試驗各工況測試τ-s曲線見圖13，各工況測試d-s曲線見圖14，各工況下實測值和接觸面損傷模型計算值見圖15。
三、土－混凝土摩擦損傷機理試驗結論
通過以上5種土樣(級配良好砂土、級配不良砂土、粘土、亞粘土、亞砂土)的23組土—混凝土體摩擦損傷機理試驗結果表明：
(1)各組土樣測試結果表明土—混凝土體τ-s曲線呈現雙曲線性狀明顯；
(2)土—混凝土體摩擦作用開始處於彈性階段，但很快就進入彈塑性階段，最後達到極限發生剪切破壞；
(3)各組土樣在不同深度工況測試d-s曲線結果表明，同一土樣在不同深度狀況下其最大損傷對應的剪切位移比較接近；
(4)各組土樣實測τ-s曲線與本研究提出的損傷模型計算值吻合較好，驗證了本研究損傷模型的可靠性。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。