重锤低击和轻锤高击沉桩效果分析VIP专享VIP免费

第42卷第4期2011年2月��人�民�长�江Yangtze�River��Vo.l42,No.4Feb.,2011收稿日期:2010-09-25基金项目:浙江省教育厅科研项目资助(Y200909687)作者简介:王继成,男,工程师、讲师,博士生研究生,主要研究方向为土动力学。E-mai:lwjc1818@126.com��文章编号:1001-4179(2011)04-0091-04重锤低击和轻锤高击沉桩效果分析王继成1,周向阳1,刘红梅1,肖新颖2(1.台州职业技术学院,浙江台州318000;�2.温岭市建筑工程质量安全监督站,浙江温岭317500)摘要:为了分析锤击桩在沉桩过程中的力学机理,将人们停留在经验层面上的对沉桩过程、锤重选择的认识上升到理论高度。根据动能、动量守恒定律,用有限元法对能量从锤传递到桩这一过程的损耗情况和同等锤击能时锤的质量对桩身最大压应力分布、锤击持续时间、贯入度的影响等方面进行了分析。结果表明:锤的质量越大,能量损耗率越小;重锤低击会减小桩顶部的最大应力,增大桩身下部的最大压应力,明显延长冲击持续时间,显著增加贯入度。对锤击桩的施工有指导作用。关�键�词:重锤低击;落距;桩身应力;冲击持续时间;贯入度中图法分类号:TU473.13���文献标志码:A��锤击桩不仅施工简单、成本低廉,而且贯穿能力大,因此,锤击桩能得到广泛应用。但是,人们对沉桩过程、锤重选择等的认识还停留在经验层面上,实际上,打桩过程不仅仅有碰撞引起的能量、动量传递,还会产生塑性变形以及振动。本文用动量、能量守恒原理,以及有限元法对同等能量情况下锤的质量大小对沉桩效果的影响进行分析。1�锤的质量对能量损耗的影响考虑较简单自由落锤情况的击桩过程,锤冲击桩后,可假定锤没有弹起,而是与桩同时下沉,下沉的深度就是贯入度,下沉初始速度为v2。桩下沉受到土的阻力,如果桩还未打入至持力层,桩周的摩擦力是最主要的阻力,在摩擦力的作用下,锤和桩的速度由v2减小到0,沉桩过程如图1所示[1-3]。由能量守恒定律,得:E1=12m1v21=E2+Eloss1=12(m1+m2)v22+Eloss1(1)��由动量守恒定律,得:m1v1=(m1+m2)v2(2)��由(1)、(2)式得:Eloss1=E1-12m21v21m1+m2������=E1-E1m1m1+m2=11+m1m2E1(3)图1�打桩过程能量传递令n=m1m2,则能量损耗率为:��人�民�长�江2011年�i=Eloss1E1=11+n(4)��锤、桩质量比n与能量损耗率i的关系见图2。图2�锤、桩质量比与能量损耗的关系由图2可以看出,桩的质量一定时,锤的质量越大,锤冲击桩的能量损耗越低,而冲击速度对能量损耗率没有影响。当锤的质量是桩质量的1/10时,能量损耗达90.91%;当锤的质量是桩质量的3倍时,能量损耗是25%。所以从能量损耗的角度来说,要尽可能地提高锤的质量。2�建立有限元模型采用通用有限元程序ABAQUS模拟锤、桩帽垫层、桩、土之间的作用机理。钢筋混凝土方桩边长600mm,已经打入地面下10m,地面上还剩1m,桩截面配筋如图3所示。硬木桩帽垫层厚200mm。锤击能14t�m。图3�方桩截面(单位:mm)模型中各种材料的参数如表1~3所示。桩身混凝土标号C30,采用损伤塑性模型。钢筋、铁锤、硬木桩帽垫层只考虑其弹性。土层只考虑单层均质土情况,采用D-P模型,摩擦角30,FlowStressRatio设为1,膨胀角0[4]。打桩过程很短暂,故不考虑土的触变性,所以混凝土桩与土接触面之间的摩擦系数采用常数0.3。铁锤、垫层、混凝土、土都采用实体建模,C3D8R单元(即六面体线性缩减积分)。纵向受力筋和水平向箍筋采用三维shell建立RebarLayer箱型截面钢筋层,并Embbed到混凝土实体单元中,网格划分为SFM3D4R单元(即四边形面单元线性缩减积分)。表1�材料参数项目弹性模量/Pa泊松比密度/(kg�m-3)钢筋1.9!10110.37850铁锤2.1!10110.37850混凝土2.95!10100.22400土3!1060.31700松木[5]1!1090.4350表2�混凝土破坏准则参数膨胀角/()偏心率双轴极限抗压强度/单轴极限抗压强度不变应力比粘聚系数150.11.160.66670表3�混凝土塑性应力-应变关系压应力/MPa非弹性应变拉应力/MPa开裂应变18.202.40022.10.00041.960.000124.00.00081.500.000324.50.00121.290.000423.00.00201.080.000521.60.00240.720.000816.60.00360.480.001011.30.00500.220.00202.230.01000.100.0030锤击沉桩是一个土中应力场不断变化的复杂过程。从桩尖接触地表土开始,每锤击1次,桩...