多向荷载耦合作用对单桩侧向受力变形特性影响的理论分析

张世民; 陈健; 梁禄钜

doi:10.3724/j.gyjzG23082412

多向荷载耦合作用对单桩侧向受力变形特性影响的理论分析

doi: 10.3724/j.gyjzG23082412

张世民^1,2,
陈健^1, ,,
梁禄钜²

1. 安徽理工大学土木建筑学院, 安徽淮南 232001;
2. 浙大城市学院土木工程系, 杭州 310015

基金项目:

浙江省自然科学基金项目（LQ22E080009）。

详细信息

作者简介:
张世民，教授，主要从事岩土工程方面的研究，3560951673@qq.com。

通讯作者:
陈健，主要从事滨海城市地下工程等方面的研究，1285304823@qq.com。

计量
- 文章访问数: 70
- HTML全文浏览量: 11
- PDF下载量: 1
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2023-08-24
- 网络出版日期: 2025-07-15

Theoretical Analysis of Multi-Directional Load Coupling Effects on the Lateral Force and Deformation Characteristics of Single Piles

1. School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Technology, Huainan 232001, China;
2. Department of Civil Engineering, Zhejiang University City College, Hangzhou 310015, China

摘要

摘要: 在工程结构如高层建筑、高架桥梁和海洋平台的运营中，桩基通常承担着复杂的横向和竖向荷载。现有研究常忽略多向荷载的耦合效应对桩基侧向变形的影响。为此将单桩视为有限长度的Euler-Bernoulli梁，提出了在多向耦合荷载作用下的单桩力学响应解析解，并通过ABAQUS有限元模拟验证。结果显示：竖向荷载对侧向位移和弯矩的影响随水平荷载增加而增大；水平和竖向荷载增大会使侧向位移和弯矩增加，且水平荷载的影响更为显著；弯矩与竖向荷载间存在耦合作用，竖向荷载的影响随着弯矩增大而增强；土体弹性模量的增大可减小桩基位移，对内力的影响大于水平位移。
- 耦合效应 /
- 水平荷载 /
- 竖向荷载 /
- 桩基 /
- 解析解
Abstract: During the service of engineering structures such as high-rise buildings， viaducts， and marine platforms， pile foundations typically bear complex jmlateral and vertical loads. Existing research often overlooks the impact of the coupling effect of multi-directional loads on the lateral deformation of pile foundations. This study considered a single pile as a finite-length Euler-Bernoulli beam and proposed an analytical solution for its mechanical response under the influence of coupled multi-directional loads， which had been validated through ABAQUS finite element simulations. The results showed that the influence of vertical loads on lateral displacement and bending moments increased with the increase of horizontal loads. An increase in both horizontal and vertical loads resulted to greater lateral displacement and bending moments， with the impact of horizontal loads being more significant. A coupling effect was observed between bending moments and vertical loads， and its influence increased with higher bending moments.An increase in the soil’s elastic modulus reduced the displacement of the pile foundation， with a greater impact on the internal forces than on the lateral displacement.
- coupling effect /
- horizontal load /
- vertical load /
- pile foundation /
- analytical solution

HTML全文

参考文献(24)

[1]	杜耀星. 空腹支墩柱在弯矩和剪力耦合作用下的稳定性［J］. 华侨大学学报（自然科学版），1992（4）：494-497.
[2]	陈福全，汪金卫，刘毓氚. 基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析［J］. 岩土力学，2008（7）：1971-1976.
[3]	杨敏，周洪波，杨桦. 基坑开挖与临近桩基相互作用分析［J］. 土木工程学报，2005（4）：91-96.
[4]	袁炳祥，樊立韬，李志杰. 层状地基中水平受荷桩-土相互作用试验研究［J/OL］. 中国公路学报，2022［ 2022-08-06］. https：//link.cnki.net/doi/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.11.007.
[5]	张学钢，张丹锋，刘可，等. 隧道临近既有铁路桥桩基施工扰动影响的数值分析研究［J］. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2015，47（2）：217-223.
[6]	XU S S，GAO Q S. Interaction analysis of foundation pit excavation and adjacent existing building’s pile foundation［J］. Applied Mechanics& Materials，2014，501-504：286-290.
[7]	ZAINUDDIN A Z，ANH-TUAN V U，MATSUMOTO T，et al. Horizontal load tests on 6-pile pile foundation models with and without batter piles part 1：outline of the experiments［C］// 51st Japan National Conference on Geotechnical Engineering. Okayama：2016.
[8]	NGUYEN T V，PUNRATTANASIN P. The horizontal capacity of improved pile foundation on sand［J］. International Journal of Geotechnical Engineering，2012，6（2）：223-229.
[9]	李琳，曹磊，刘艳婷. 轴向荷载对被动桩桩身性状影响的模型试验［J］. 天津城建大学学报，2019，25（3）：176-181，188.
[10]	梁发云，陈海兵，宋著. 轴向荷载对横向受荷桩承载性状影响的参数分析［J］. 土木建筑与环境工程，2011，33（6）：25-30.
[11]	朱小军，何振宇. 竖向-水平组合荷载下桩筏受力特性的试验研究［J］. 工业建筑，2022，52（5）：179-186.
[12]	KATZENBACH R，TUREK J. New exhibition hall 3 in Frankfurt-case history of a combined pile-raft foundation subjected to horizontal load［C/OL］// International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering.［2004-01-22］. https：//scholarsmine.mst.edu/icchge/5icchge/session
[13]	洪选华，侯泽辉，黎伟. 基坑开挖对邻近桩基的影响及数值分析［J］. 广州建筑，2019，47（1）：11-14.
[14]	GUO P，ZOU X. Bearing capacity of a single pile in sand under combined vertical force-horizontal force-torque load［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2018，37（11）：2593-2600.
[15]	WEN J L，GA Z. Influence mechanism of vertical-horizontal combined loads on the response of a single pile in sand［J］. Soils and Foundations，2018，58（5）：1228-1239.
[16]	ZOU X，DING S，ZHAO L. Model testing investigation on bearing behavior of a single pile under combined H-T loads［J］. Journal of Hunan University Natural Sciences，2017，44（3）：126-133.
[17]	SU D，ZHOU Y G. Effect of loading direction on the response of laterally loaded pile groups in sand［J］. International Journal of Geomechanics，2016，16（2），04015051.
[18]	张磊，焦丹. 轴、横向荷载下微倾单桩地基反力法的解析解［J］. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2016，48（6）：862-867.
[19]	田跃平，高子坤. 可视叠加方法在地基附加应力分析中的应用［J］. 福建建筑，2013（5）：97-99，84.
[20]	章先孟，戚文辉. 基于应力叠加原理计算大面积堆载条件下的桩侧摩阻力［J］. 工程勘察，2009（增刊2）：392-395.
[21]	杨毅，程昌勤，周少成. 竖向荷载作用下桩基的性状研究［J］. 交通世界，2022（9）：19-20.
[22]	侯启东. 竖向荷载作用下桥梁桩基础承载特性分析［D］. 西安：西安工业大学，2020.
[23]	赵春风，王卫中，赵程，等. 组合荷载下单桩承载特性现场试验［J］. 中国公路学报，2013，26（6）：59-64，72.
[24]	秋仁东. 竖向荷载下桩身压缩和桩基沉降变形研究［D］. 北京：中国建筑科学研究院，2011.