›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (11): 4042-4052.doi: 10.16285/j.rsm.2017.2579

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

能源桩与周围土体之间荷载传递模型的改进及其桩身承载特性研究

郭浩然,乔 兰,李 远   

  1. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083
  • 收稿日期:2017-12-03 出版日期:2018-11-10 发布日期:2018-11-15
  • 通讯作者: 李远,男,1980年生,博士,副教授,主要从事岩土工程方面的教学和研究工作。E-mail:sbfqp@126.com E-mail:m.y.story@163.com
  • 作者简介:郭浩然,女,1989年生,博士研究生,主要从事能源桩力学及传热性能方面的研究工作
  • 基金资助:
    北京科技大学与台北科技大学联合研究计划(No. TW201703);建筑安全与环境国家重点实验室开放课题基金资助(No. BSBE2015-06)。

Research on the bearing performance of energy piles using an improved load-transfer model on pile-soil interface

GUO Hao-ran, QIAO Lan, LI Yuan   

  1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
  • Received:2017-12-03 Online:2018-11-10 Published:2018-11-15
  • Supported by:
    This work was supported by the Joint Research Program between University of Science and Technology Beijing and National Taipei University of Technology(TW201703)and the Opening Funds of State Key Laboratory of Building Safety and Built Environment(BSBE2015-06).

摘要: 桩-土相互作用问题是岩土工程桩基础问题的关键点与难点,目前针对桩身在循环温度荷载与上覆结构荷载双重作用下的能源桩承载特性研究较少。在传统理想弹塑性模型及双曲线模型的基础上,采用分段非线性的方法对桩-土荷载传递骨干曲线进行了修正,并基于Masing’s循环准则,提出了适用于能源桩的桩-土荷载传递模型。利用改进的桩-土荷载传递模型对能源桩承载特性进行数值分析,着重研究了桩-土荷载传递参数比R对能源桩受力情况的影响。此外,为了探究在上覆结构荷载及循环温度荷载双重作用下,能源桩与周围土体之间的真实荷载传递关系及其结构热力学特性,开展了针对能源桩与周围土体之间相互作用问题的室内模型试验,监测了其桩身轴向应力及侧摩阻力随温度及深度变化的趋势,并与基于改进荷载传递模型的数值计算结果进行了对比。室内模型试验监测及数值计算结果显示:能源桩在上覆结构荷载及温度循环荷载双重作用下,其受力行为受改进的桩-土荷载传递循环曲线控制;基于改进的桩-土荷载传递循环曲线而建立的数值模型计算结果与试验结果基本吻合,改进的桩-土荷载传递模型能够较好发地反映能源桩实际的承载特性。

关键词: 能源桩, 桩-土相互作用, 荷载传递, 数值分析, 模型试验

Abstract: The soil-pile interaction has always been of critical importance in geotechnical engineering related to pile foundations. However, there’s a lack of research and insufficient understanding regarding the load bearing performance for energy piles due to the unusual loading conditions where both the thermal and mechanical loading apply. Based on the ideal elastoplastic model and the hyperbolic model, a new pile-soil load transfer model considering Masing’s rule was proposed. The proposed model adopted the piecewise nonlinear method to modify the pile-soil load transfer backbone curve. Extensive numerical investigations were conducted to investigate the impact of the loading on the thermo-mechanical behavior of the energy piles. In addition, a physical model test was conducted to provide an in-depth understanding of the load transfer mechanism between the soil and the energy pile, and the thermo-mechanical behavior of energy piles. The axial stress and shaft resistance were measured as the temperature and depth changed. The results compared with those from the improved-approach-based numerical calculations indicate that thermo-mechanical behavior of energy piles can be described by the modified pile-soil load transfer model. The results obtained by the numerical simulation are in alignment with that of the physical model test, indicating that the modified model is suitable for the energy piles considering both the mechanical and cyclic thermal loading.

Key words: energy pile, soil-pile interaction, load transfer, numerical investigation, physical model test

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