桩基循环课件

桩基循环承载力弱化及累积位移竖向循环荷载作用下单桩的受荷特性---传荷机理undeformedpilesoildeformedaxialforceaxialforceshearforcenormalforceaxialforceaxialforceshearforcenormalforcepile在循环剪切作用下，桩土界面及邻近土颗粒发生重新排列，土体发生径向位移，体积变小界面正应力变小，导致桩土界面强度及刚度均减小竖向循环荷载作用下单桩的受荷特性---界面循环弱化机理Interfaceshearpilenormalforceshearforce竖向循环荷载作用下单桩的受荷特性---界面循环弱化常刚度界面剪切循环试验axialforceaxialforceshearforcenormalforcepileInterfacesheartestresult竖向循环荷载作用下单桩的受荷特性---界面循环弱化竖向循环荷载作用下桩基的弱化桩侧正应力逐渐变小桩侧极限摩阻力及界面刚度随循环逐渐变小相同桩顶循环荷载作用下，桩身侧摩阻力分布发生改变桩顶产生累积沉降竖向循环荷载作用下单桩的受荷特性---桩基弱化考虑正应力循环弱化特性的桩基计算模型界面正应力循环降低模型计算程序简介及计算结果计算程序简介及计算结果0.2循环荷载比下桩侧摩阻力分布计算程序简介及计算结果0.2循环荷载比下桩顶位移发展计算程序简介及计算结果0.5循环荷载比下桩侧极限侧摩阻力弱化计算程序简介及计算结果0.5循环荷载比下桩侧极限侧摩阻力弱化计算程序简介及计算结果0.5循环荷载比下桩侧摩阻力分布计算程序简介及计算结果0.5循环荷载比下承载力弱化工程背景——国家需求及风电发展

风力发电作为一种技术成熟的绿色可再生能源，其开发利用越来越受到国家的重视根据国家发改委报告，至2007年底，总装机容量已达到590万kW，较

2005年翻了两番，位居世界第五位根据国家《可再生能源中长期发展规划》，到2020年中国风电装机规模将达到3000万kW，市场前景广阔风电发展：内陆近海滩涂及深海

风机基础挑战：基础的设计荷载更大基础所处地质条件差

工程背景——依托工程DongTaiWindFarm★亚洲最大风电场：江苏东台风电场单机容量1.5兆瓦风电机组201台大型风电机组受荷特性：风机基础荷载风荷载具有明显的随机性根据实测资料统计出设计期内不同大小风荷载作用次数及出现概率，计算出塔筒底部荷载的作用次数及出现概率通过风工程中的雨流法等统计方法将实测不同风荷载作用次数及出现概率分布转化成等效循环荷载谱最终得到风机基础设计循环荷载谱

雨流法正态简化风的随机性示意图实测风荷载示意图基础设计等效循环荷载谱大型风电机组受荷特性：桩基础受力特性M(44400kNm)竖向循环荷载桩基风机塔筒承台循环荷载循环荷载比循环次数1449.20.1712303.80.11603252.70.091034130.30.05106风电机组群桩基础中桩顶荷载循环荷载谱

通过几何布置，群桩基础将上部结构产生的巨大倾覆弯矩分解为单桩顶部的竖向荷载相较于单桩基础，群桩基础具有更强的抗倾覆弯矩能力，单桩受力更清晰，合理沿主导风向，承台下的单桩将受到长期竖向循环荷载的作用a.海堤内基础平面图b.海底外基础平面图群桩基础剖面图大比尺循环荷载作用下桩基模型试验大型模型槽（15m×6m×5m）模型桩尺寸：F=114mm壁厚1.4mm桩长：3m现场桩基尺寸：F=600mm混凝土管桩桩长：15m

模型试验比尺选择：桩基平均压应变相等大比尺循环荷载作用下桩基模型试验Pu:单桩竖向极限承载力偏荷载比:=P0/Pu循环荷载比:=(Pd+P0)/Pu

地基填土类型与现场相同循环荷载通过激振器加偏荷载通过杠杆施加

循环荷载(风载)静偏荷载(风机结构及承台自重)大比尺循环荷载作用下桩基模型试验

通过改变地基土的强度，进行不同侧端阻比下的桩基循环试验试验发现侧端阻比较大的第二阶段试验中的桩基在相同循环荷载比作用下更易发生桩顶沉降循环试验前后的桩基静载荷试验发现，循环加载对桩基静承载力没有太大影响两阶段地基填土CPT结果两阶段试验相同循环荷载比下的桩顶位移发展循环前后的静载荷试验结果桩基循环累积沉降控制

4.5%D破坏准则下，不同类型桩基循环破坏次数与循环荷载比关系如上图当风机基础单桩偏压应力比对应的破坏循环荷载比拟合线高于桩顶循环荷载谱时风机基础的循环累积沉降是满足设计要求的

当桩顶循环荷载谱低于桩基临界循环荷载比min直线时，风机桩基础无累积沉降发生循环荷载比与破坏循环次数关系图桩基循环累积沉降控制桩顶累积位移随循环次数呈线性增加,无量纲桩顶累积位移w/(ND)随循环荷载比线性增加，得到无量纲沉降与荷载比关系图工程中将桩顶循环荷载谱控制在临界循环荷载比min之下的设计方法是十分