物理模型试验中桩或梁的材料特性及选取依据

9:引:言
传统的桩基础多用于承受竖向荷载但是随
着基础设施建设的大规模发展大量高层建筑海 上风机桥梁和港口不断涌现导致桩径增加桩 体的刚度也逐渐增大桩的水平承载性能逐渐受 到人们的重视 水平受荷桩随着应用的日趋广泛
收稿日期 #$%: ;%# ;%$ 基金项目 国家自然科学基金项目"%!:##:""%\$##:! 作者简介 潘晨晨%AA# ; 男山东莒县人在读研究生主要从事桩基础及土的力学性质等方面的研究 /<-2.V-0,M30,M30?
)601N273P+7,0 ' ! 联系作者 李卫超%A&! ; 男博士助理研究员主要从事桩基础边坡基坑支护等地基基础相互作用的研究 /<-2.F32,M-6B2
?)601N273P+7,0
()*+,)+*-./012033*456.7!"!867"
-%!@-
/=V3*2<30)()+PT'
逐渐成为了研究的热点!主要的研究方法包括理 论研究)物理模型试验研究和数值模拟等!其中以 物理模型试验研究最能反映真实的情况" 但是由 于原位足尺试验代价高!难以实施!因此缩尺物理 模型试验成为了研究桩身内力与变形发展规律和 桩土相互作用的理想选择" 而在物理模型试验 中!桩身材料及其性质对试验结果具有重要的影 响!因此试验设计时应当选取合适的桩身材料"
第 !" 卷第 " 期 #$%& 年 & 月
结'构'工'程'师 ()*+,)+*-./012033*4
56.7!ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 867" 9+17#$%&
物理模型试验中桩或梁的材料特性及选取依据
潘晨晨'杨'敏'上官士青'李卫超!
同济大学地下建筑与工程系上海 #$$$A#
摘'要'主动或被动水平受荷桩的物理模型试验中!桩身材料及其性质对试验结果具有重要的影响# 以水平受荷桩物理模型试验的设计为背景!对采用不同材料制作的模型桩的物理力学性质进行了测试# 模型桩选取了三型聚丙烯管$ [[O% "聚氯乙烯管$ [5U% "聚醚酰亚胺杆$ [/C% 和铝管$ 9.% 等四种材料! 分析了其应力应变线性情况"弹塑性应变比例及长期荷载下的蠕变性质# 试验结果表明+!在试验荷载 范围内四种材料都接近于弹性!尤以 [/C和铝管的弹性最好!弹性应变比例分别为 AAf和 %$$f*"四 种材料的弹性应变都表现出良好的线性特点*'在一定荷载水平下![[O管和 [5U管的应变表现出时间 效应!即随时间的变化增加会产生明显的附加应变!而 [/C杆和铝管的时间效应可忽略不计# 关键词'模型试验! 桩身材料! 弹性应变! 时间效应
=%0,&'%3!4%&%-0,&'(0'-("*A'3,(%)1D,%#(')A47('-%3="1,3 <,(0(%)104,D%('("*+,3,-0')> =%0,&'%3(
[98UM30,M30'J98Ge20'(E98GGK98(M2Z201'BCF32,M-6!
Q3V-*)<30)6IG36)3,M02,-./012033*201R601N2K02S3*42)T(M-01M-2#$$$A# UM20-
在对模型桩的试验研究中!国内外学者采用 的模型桩材料也不尽相同" e3T3*M6I'%( 等分别以 直径为 %#7\ <<的钢管桩)木桩和尼龙桩等不同 刚度的材料作为模型桩研究了桩的水平抗力和变 形!试验分别在松砂和饱和黏土中进行!并且考虑 了不同埋深对结果的影响" 章连洋'#( )杨明'!( ) 郦建俊等'"( 均采用铝合金管作为模型桩进行了 模型试验!后两者分别采用内部填充砂浆和双套 管的方式!同时郦建俊等'"( 还探讨了模型箱边界 效应和尺寸效应的影响%G+6等'\( 分别采用两种 规格的铝管桩作为模型桩!利用剪切箱模拟土体 水平运动作用下桩体的弯矩和变形%试验结果表 明由于铝管桩的刚度很大!其变形呈现出刚性桩 的性状" 谭国焕和杨敏等'@( 以直径为 %A <<的 有机玻璃棒作为模型桩!通过对其表面进行不同 的处理形成了三种不同粗糙程度的桩体并在室内 砂箱内进行模型试验%殷宗泽':( 采用内壁贴有应 变片的有机玻璃管作为模型桩进行了室内模型试 验!研究了 砂 土 中 群 桩 的 受 力 特 性% 宰 金 珉 等'&( 采用双侧面开槽贴有应变片的有机玻璃棒进行了 极限荷载下桩筏基础共同作用性状的室内模型试 验!试验中以粉土作为地基土!同时研究了单桩基 础和群桩基础的受力性状" [-0 等'AY%$( 以宽度为 #$ <<)厚度为 @ <<)长度为#A\ <<的钢桩作为 模型桩研究了软黏土中被动桩引起的土体的极限 抗力%朱斌'%%( )曹兆虎等'%#( 也分别采用钢桩进行 模型试验研究" 9WP6+0 等'%!( 采用直径为 A7\ << 的聚醚酰亚胺杆$ [/C& 作为模型桩模拟了震动荷 载作用下的桩的力学特性!这种材料也表现出良 好的力学特性" 周健等'%"( 采用 !$ <<]!$ <<] #:$ <<$ 长 ]宽 ]高& 的硬木质半模方桩作为模 型桩进行了不同密实度的砂土中被动侧受荷桩模 型试验研究" 杨庆等'%\( 以桩径为 %\ ,<的 U#$ 素混凝土圆桩作为模型桩研究了堆载条件下粉土 中的单桩负摩阻力" 林海等'%@( 提出在进行 % 1 模型桩试验中模型桩身材料可以选择铝管)有机
./(0&%-0'RM3<-)3*2-.6IV2.34M-4-V*6I6+0P 2<V-,)60 )M3*-)260-.2)T6I3=V3*2<30)*34+.)420 )M3VMT42,-. <6P3.)34)6I-,)2S36*V-442S3V2.34+0P3*.-)3*-..6-P2017C0 )M24V-V3*)M3VMT42,-.-0P <3,M-02,-.V*6V3*)234 6IV2.3420 P2II3*30)<-)3*2-.4>3*3,-.2W*-)3P W-43P 60 )M3<6P3.)34)6I.-)3*-..T.6-P3P V2.347RM3V2.3420 P2II3*30)<-)3**6VT.303*-0P6< [[O [6.TS20T.,M.6*2P3 [5U [6.T3)M3*2<2P3 [/C -0P 9.+<20+< 9. >3*3,M6430 20 )M3)34) -0P )M34)*344Y4)*-20 ,M-*-,)3*24)2,4V*6V6*)260 6I3.-4)2,YV.-4)2,-0P ,*33V +0P3*.601Y)3*< .6-P201>3*3-0-.Tj3P7RM3*34+.)44M6> )M-) ! b6+*<-)3*2-.4-*3-.<64)3.-4)2, <-)3*2-.420 )M3.2<2)6I)34).6-P201-0P )M3V3*,30)-136I3.-4)2,4)*-20 6I[/C-0P 9.24AAf -0P %$$f *34V3,)2S3.T" RM33.-4)2,4)*-20 6II6+*<-)3*2-.43=M2W2)4166P .203-*,M-*-,)3*24)2,4' K0P3*,3*)-20 .6-P .3S3.4)M34)*-20 6I[[OV2V3-0P [5UV2V34M6>4-)2<33II3,))M-)24)M3-PP2)260-.4)*-20 246WS26+4>2)M )M3 20,3-42016I)2<3>M2.3)M3)2<33II3,)6I[/C*6P -0P -.+<20+<)+W324031.212W.37 6,78"&1('VMT42,-.<6P3.201 <6P3.V2.3<-)3*2-. 3.-4)2,P3I6*<-)260 )2<33II3,)