6.4.2 香港圆形桩试验——实例SN3
Ng等(2001)报道了四个在我国香港地区进行的侧向受荷灌注桩试验,分别为单桩、间距为6d的双桩群桩、间距为3d的双桩群桩和间距为3d的三桩群桩。在这里仅对单桩试验进行分析。该单桩(P1)直径1.5 m,桩长28 m,混凝土杨氏模量和混凝土抗压强度分别为32.3 GPa和49 MPa,钢筋屈服强度fy=460 MPa,开裂前抗弯刚度EI=10 GN·m2。采用ACI kr值,由式(6-2)计算开裂弯矩为1.44～2.31 MN·m,其中混凝土边缘距中性轴距离zt=d/2=0.75 m。由于缺少钢筋数量和布置的相关资料,不能由MUEI计算极限弯矩和开裂后抗弯刚度,故采用Ng等(2001)报道的开裂后抗弯抗度(EI)cr=4 GN·m2,即(EI)cr/EI=0.4。
场地由上部约28 m砂土、粉土和黏土和下部岩石组成。上部土层整体上可视为无黏性土,在地面下15 m(10d)范围内,平均标准贯入击数NSPT近似为17.1,则可取Gs=0.64 NSPT≈10.9 MPa;在地面下7.725(极限抗力可能发生深度5d)范围内,土体平均相对密度Dr约为50%。根据式(2-20),内摩擦角可近似取为35.3°。土体干容重为18 kN/m3,饱和容重为21 kN/m3(浮容重取11 kN/m3),地下水位为-1.0 m,取5d深度内的有效容重γs=11.9 kN/m3。单桩承台为1.8 m×1.8 m×1.5 m(厚),荷载作用在承台中部,所以荷载偏心高度为0.75 m。
参照第5章的分析,可取Ng=1.2
=16.76(相应的极限抗力分布绘于图6-14),α0=0和n=1.7,采用EI值和程序GASLFP计算桩顶位移yt,如图6-15所示。在Pt小于约1.10 MN时,计算桩顶位移与实测值比较吻合;当大于该值时,实测值逐渐偏离计算值。在Pcr=1.10 MN时,计算最大弯矩为3.34 MN·m,该值比ACI方法计算的开裂弯矩大,因此可取Mcr=3.34 MN·m和kr≈45.5。
图6-14 桩P1的实测与拟合LFP
图6-15 桩P1的实测与计算Pt-yt曲线
采用上述Mcr,(EI)cr,Gs和LFP,考虑抗弯刚度非线性特性,计算得桩顶位移和最大弯矩分别绘于图6-15和图6-16,相应的有效抗弯刚度绘于图6-17。在最大荷载Pt=2.955 M N时,采用EpIp值计算得：Mmax=10.77 MN·m,最大塑性滑移深度xp=2.1d。在2.1d深度内,由于土体密度随深度而增长,得到的土体极限抗力比Reese等(1974)或Broms(1964)建议的极限抗力大。
图6-16 桩P1的实测与计算Pt-Mmax曲线
图6-17 桩P1的EpIp-Mmax关系
根据图6-15,比较采用EpIp值计算的桩顶位移和实测值发现,二者吻合得很好。因此,采用式(6-5)分析桩的结构非线性特性是合理的。其他结论与实例SN1相似。