一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法，采用abaqus软件进行反向自平衡试桩模拟，首先建立反向自平衡试桩模型，然后对模型的各个部件赋予相应的材料属性参数，将各个部件装配在总体坐标系中，预留上下桩之间合适的初始间距，之后在分析步模块中选取分析类型，相互作用模块中设置接触界面类型，之后载荷模块中设置便边界条件，按照反向自平衡试桩法进行加载获得载荷位移曲线，根据反向自平衡试桩法的计算方法得到基桩承载力。本发明专利技术无需复杂漫长的试验桩，也无需原位的工程桩试验，大大降低了工程周期，提高了施工效率。施工效率。施工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法


[0001]本专利技术属于桩基工程领域，涉及一种桩基承载力计算方法，具体涉及一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法。

技术介绍

[0002]目前获取基桩承载力的方法有原位静载试验和自平衡试桩法。原位静载试验是检测基桩承载能力最可靠的方法。静载荷试验的反力可以由压重平台或锚桩反力提供，但是受限于压重平台的体量和设置锚桩的条件，难以满足特殊场地和大吨位基桩承载能力的测试。自平衡试桩法是利用桩的自重和摩阻力作为桩端阻力的反力，不需要额外的压重平台或堆载，突破了试桩吨位的限制，特别适用于大直径桩基承载力检测。该法具有省时省力，试验方便，适应性强等优势，目前已经在工程中得到了较为广泛的应用。但自平衡试桩法因荷载作用位置与方向不同，导致荷载传递规律与桩侧摩阻力发挥不同于传统静载试桩，所以自平衡试桩法应用存在两个问题需要解决：
[0003](1)需要对自平衡测试结果进行转换，得到基桩的承载力，所以转换系数的确定是自平衡试桩法应用中一个关键环节。
[0004](2)“平衡点”位置确定尤为关键，如果不能较为准确的估计平衡点的位置，检测结果与实际结果就会相差较大，不能为工程设计和桩基安全评估提供较为可靠的数据。
[0005]针对自平衡试桩法存在的转换系数确定问题，我们提出了一种基于反向自平衡试桩法获得基桩承载力的试验方法，该方法在自平衡试桩法的基础上增加一套桩顶竖向加载装置，解决了自平衡试桩法上段桩负摩阻力需要向正摩阻力转换的技术难题，同时也可测试桩的抗拉承载力。目前，反向自平衡试桩法还处在理论和试验研究阶段，有问题亟待解决。但是模型试验和现场试验周期长，费用高，不可重复，影响因素不确定性大，如果盲目开展模型试验和原位试验，试验的科学性和成功率得不到保证。有限元分析具有成本低，周期短的特点。因此本专利通过有限元模拟软件建立反向自平衡模型，对反向自平衡试桩法应用中存在的问题进行分析、论证，以期推动反向自平衡试桩法在基桩工程中的应用。
[0006]专利CN111894051A公开了一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置及其试验方法，装置包括模型箱、模型桩、反力锚固系统、加载系统、千斤顶保护盒和测量系统，所述模型箱内底部浇筑有模拟岩层，所述模拟岩层上方设有填土层，模型桩包括上段桩和下段桩，上段桩和下段桩之间通过锚索和桩顶反力端板连接在一起，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩，其中下段桩顶部、上段桩的顶部和底部均设有封端板；本专利技术在浇注时，下段桩埋设在模拟岩层中，利用两个千斤顶分别施加上段桩和下段桩相向运动及相背运动的载荷，并通过测量系统测量模型桩及模型箱的应变和位移。本专利技术可以对反向自平衡试桩法的适用性及承载特性进行研究，可为今后相关模型试验的设计提供指导。但是该技术需要进行模型桩试验，试验过程长，得到的数据受到监测手段影响，另外最重要的是该技术没有考虑上下桩之间预留间距问题，间距不足，会导致桩顶千斤顶加载时无法获得上段桩准确的极限正承载力，最终导致极限承载力计算错误，间距过大时，会造成工程浪费，并且存在
上下桩之间桩周土在加载过程中塌陷的可能，一样无法获取准确的极限承载力，而要获取准确的上下桩之间初始间距，需要进行大量试验验证，导致试验周期非常长，成本也非常高昂。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法，解决现有技术中试验桩模型时间长、成本高的问题。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法，解决现有技术中没有考虑上下桩之间预留合适的初始间距导致上段桩承载力无法很好发挥的问题。
[0009]本专利技术的另一目的在于提供一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法，解决现有技术中没有增强下段桩锚固性，导致加载提前结束，无法真实反应桩基承载力问题。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术手段如下：
[0011]一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法，采用abaqus软件进行反向自平衡试桩模拟，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]步骤1、建立反向自平衡试桩模型，在abaqus软件的部件模块中，根据工程桩现场勘测资料确定基桩尺寸以及土体参数分布，计算或估算的桩平衡点位置，建立反向自平衡试桩模型，部件类型选取可变形部件；所述反向自平衡试桩模型包括上段桩、下段桩和桩周土体；
[0013]步骤2、根据工程桩现场勘测资料确定桩基和周围土体的材料属性，在abaqus软件的属性模块中，对桩身和桩周土体分别赋予各自材料参数，其中桩身采用线弹性模型，土体采用弹塑性模型；
[0014]步骤3、abaqus软件的装配模块中，将创建好的部件装配在总体坐标系中，同时在上段桩与下段桩之间预留一定的初始间距；
[0015]步骤4、在abaqus软件的分析步模块中，选取的分析步有两个，一个是通用里的Geostatic分析步，另一个通用里的Static General分析步，Geostatic分析步主要用于地应力平衡分析，Static General分析步主要用于桩土接触和基桩加载分析；
[0016]步骤5、在abaqus软件的相互作用模块中设置接触界面类型；
[0017]步骤6、在abaqus软件的载荷模块中，确定桩土的边界条件，土体模型顶部为自由边无约束，底部采用固定约束，外侧为径向的位移约束；桩顶部自由无约束；
[0018]步骤7，在abaqus软件的网格模块中，对建立的部件进行网格划分；
[0019]步骤8、加载分析，具体如下：
[0020]步骤8.1、去掉反向自平衡试桩模型中的桩，仅对土体进行地应力分析，对桩与土的侧面和底面施加位移约束，对土体施加自重荷载，采用Geostatic分析步进行土体应力自平衡计算；
[0021]步骤8.2、在载荷模块中，进行桩土接触计算，模拟成桩后土体对桩的荷载作用；在第二个Geostatic分析步中加入桩，取消桩与土的位移约束使桩土接触，同时计入了桩自重的影响；
[0022]步骤8.3、在载荷模块中，进行桩身加载；在Static General分析步中对上段桩桩底施加向上的均布荷载，同时下段桩桩顶施加向下的均布荷载；
[0023]步骤8.4、在载荷模块中，在新建的Static General分析步中卸掉桩身施加均布荷载，用于模拟桩卸载受力状态；
[0024]步骤8.5、在载荷模块中，进行桩顶加载，在新建的Static General分析步中对上段桩桩顶施加向下的均布荷载，同时下段桩桩顶施加向上的均布荷载，完成反向自平衡试桩模型的加载分析；
[0025]步骤9、在任务模块中，创建分析作业并提交计算，之后生成inp计算文件；
[0026]步骤10、在abaqus软件的可视化模块中，从任务模块输出数据库中获得反向自平衡试桩模型和加载分析结果信息，进行后续数据处理分析，所述后续数据处理分析包括等值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法，采用abaqus软件进行反向自平衡试桩模拟，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立反向自平衡试桩模型，在abaqus软件的部件模块中，根据工程桩现场勘测资料确定基桩尺寸以及土体参数分布，计算或估算的桩平衡点位置，建立反向自平衡试桩模型，部件类型选取可变形部件；所述反向自平衡试桩模型包括上段桩、下段桩和桩周土体；步骤2、根据工程桩现场勘测资料确定桩基和周围土体的材料属性，在abaqus软件的属性模块中，对桩身和桩周土体分别赋予各自材料参数，其中桩身采用线弹性模型，土体采用弹塑性模型；步骤3、abaqus软件的装配模块中，将创建好的部件装配在总体坐标系中，同时在上段桩与下段桩之间预留一定的初始间距；步骤4、在abaqus软件的分析步模块中，选取的分析步有两个，一个是通用里的Geostatic分析步，另一个通用里的Static General分析步，Geostatic分析步主要用于地应力平衡分析，Static General分析步主要用于桩土接触和基桩加载分析；步骤5、在abaqus软件的相互作用模块中设置接触界面类型；步骤6、在abaqus软件的载荷模块中，确定桩土的边界条件，土体模型顶部为自由边无约束，底部采用固定约束，外侧为径向的位移约束；桩顶部自由无约束；步骤7，在abaqus软件的网格模块中，对建立的部件进行网格划分；步骤8、加载分析，具体如下：步骤8.1、去掉反向自平衡试桩模型中的桩，仅对土体进行地应力分析，对桩与土的侧面和底面施加位移约束，对土体施加自重荷载，采用Geostatic分析步进行土体应力自平衡计算；步骤8.2、在载荷模块中，进行桩土接触计算，模拟成桩后土体对桩的荷载作用；在第二个Geostatic分析步中加入桩，取消桩与土的位移约束使桩土接触，同时计入了桩自重的影响；步骤8.3、在载荷模块中，进行桩身加载；在Static General分析步中对上段桩桩底施加向上的均布荷载，同时下段桩桩顶施加向下的均布荷载；步骤8.4、在载荷模块中，在新建的Static General分析步中卸掉桩身施加均布荷载，用于模拟桩卸载受力状态；步骤8.5、在载荷模块中，进行桩顶加载，在新建的Static General分析步中对上段桩桩顶施加向下的均布荷载，同时下段桩桩顶施加向上的均布荷载，完成反向自平衡试桩模型的加载分析；步骤9、在任务模块中，创建分析作业并提交计算，之后生成inp计算文件；步骤10、在abaqus软件的可视化模块中，从任务模块输出数据库中获得反向自平衡试桩模型和加载分析结果信息，进行后续数据处理分析，所述后续数据处理分析包括等值线云图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永莉，徐静，肖衡林，鲍天，席铭洋，薛田甜，冯东伟，陈智，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：