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预应力矩形桩在基坑支护中作用机理与计算简介：

预应力矩形桩在基坑支护中主要作用机制如下：

1. 提供稳定性：预应力矩形桩通过在制造过程中施加预应力，增强了桩体的抗弯、抗压性能，能够抵抗基坑开挖过程中的侧向压力，防止坑壁的侧向位移，提供基坑的稳定性。

2. 抗变形能力：预应力能够抵抗桩体的弯曲和压缩变形，减少桩体的沉降，维持基坑的形状和尺寸，防止基坑的过大变形。

3. 防止土体滑动：预应力矩形桩的抗压性能强，可以减小土体对桩体的侧压力，防止土体滑动，保证基坑的安全。

4. 提升承载力：预应力桩的承载力远大于普通混凝土桩，能有效分担基坑土体的荷载，提高基坑的承载能力。

在进行预应力矩形桩的计算时，主要考虑以下几个方面：

1. 桩的预应力设计：计算预应力的施加方式、大小和分布，以保证桩的正常使用性能。

2. 桩的承载力计算：根据桩的尺寸、材料性质和预应力施加情况，计算桩的承载力，以确保桩体的强度足够。

3. 桩的稳定性分析：通过计算桩的弯矩、剪力和轴力，分析桩的稳定性和抗弯能力。

4. 地基土体的稳定性分析：考虑土体的性质、荷载分布和预应力桩的影响，分析土体的稳定性，防止土体滑移或沉陷。

5. 结合实际情况，可能还需要考虑桩的沉降、位移、土体的固结等问题。

以上计算通常需要借助专业的结构计算软件进行，涉及到的力学原理包括静力分析、动力分析、弹性理论、预应力理论等。

预应力矩形桩在基坑支护中作用机理与计算部分内容预览：

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

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第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

《地面数字电视广播信号覆盖质量 客观评估和测量方法 第1部分：室外固定接收 GB/T 28438.1-2012》9不同内径挠度弯矩曲

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在生产过程中设置三种配筋直径：9.0mm、10.7mm、12.6mm供不同工程选择。

2.3数值模拟结果分析

2. 3. 1 创建及验证

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

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可以看出，模拟值和试验值较为接近，该模拟结果一定程度上可信。

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

加了预应力使矩形桩的开裂弯矩增加，延缓了裂缝的到来，使3桩仍处于弹性 变形阶段。同理当施加的弯矩在#3桩和#2桩之间时，#3桩进入带裂缝变形阶段， 烧度较大，#2桩仍处于弹性变形阶段。

2.3.3. 1 刚度分析法

(r)~dy() dx2

式中：二和M分别代表某点处的曲率和该点所在截面上的弯矩；EI为该点 所在截面的刚度

2.3.3.2刚度分析

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和轴向受压侧移动）。#3桩由于施加预应力使桩身开裂弯矩增加，使桩身在承受 比不施加预应力桩（#4桩）的开裂弯矩大时，仍能处于弹性变形阶段。#2桩相 比3桩，桩身混凝土有效预压应力增加，同样进一步增加了桩身的开裂弯矩，增 加了桩身在弹性阶段所能承受的弯矩。同时可以看出，在四根桩都进入带裂缝工 作阶段时，桩身混凝土有效预应力的增加表现为桩身刚度的增加，但应该清楚像 弹性阶段一样预应力的施加不会直接引起桩身刚度的增加，而是增加了桩身开裂 弯矩，使刚度在较大的弯矩作用下才开始退化。最终随看身受力的增加，桩身 刚度逐渐下降，但由于后来受拉侧钢筋的作用，当刚度下降到一定值后，刚度趋 于稳定。

本章首先介绍了预应力矩形桩开裂弯矩和设计弯矩的计算方法，然后设计了 矩形桩试验，探明确了不同变量对矩形桩抗弯性能的影响，最后在试验的基础上 借助有限元软件分析不同混凝土有效预压应力对预应力矩形桩的变形特性。具体 结论如下： （1）开裂弯矩计算值及极限弯矩计算值较试验值稍微偏小，但考虑可以增 加工程安全度，计算值可以直接使用； （2）在实际生产工艺允许的内径范围内，内径的变化对开裂弯矩值和极限 弯矩值影响很小基本可以忽略；长边布筋和短边布筋桩身开裂弯矩基本上是一样 的，但短边布筋使得桩身极限弯矩值相比长边布筋增加15%左右：预应力筋直径

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

的增加对桩身开裂弯矩和极限弯矩都有大幅度提高： （3）预应力矩形桩变形可以分为两个阶段：弹性阶段和带裂缝阶段，其中 弹性工作状态更有利于桩身挠度的控制，带裂缝工作状态挠度增加较快；并且可 以用计算得到的桩身抗裂弯矩作为弹性状态和带裂缝状态的分界点； （4）预应力矩形桩桩身处于弹性受力状态时，桩身刚度基本不变，维持在 刚度最大值附近；在进入带裂缝受力状态的瞬间桩身刚度迅速降低，且随着桩身 荷载的增加桩身刚度逐渐降低，但由于受拉侧钢筋作用，当刚度下降到一定值后 刚度趋于稳定； （5）预应力的施加增加了预应力矩形桩桩身抵抗弯矩的能力，但并不是直 接增加了桩身抗弯刚度，而是通过提高桩身的抗裂弯矩，延缓了裂缝的出现与升 展，使桩身刚度维持在较高水平工作，从而很好的控制了桩身的挠度

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3.1.1 工程概括及周边环境

第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析

第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析

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路边线17.5m；北段基坑边线距离围墙18.1m，距离道路边线23.0m。 基坑北侧：为滨海大道，基坑边线距离该道路边线17.0m。

3.1.2地质及水文条件

3. 1. 2. 1 工程地质条件

3.2.2.2水文地质条件

第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析

据勘察资料，对本工程有直接影响的浅层地下水主要为潜水，地下水的补绘 以大气降水入渗为主，排泄以蒸发为主。地下水动态多处于自然状态，地下水位 随季节有所变化，基本与气象周期一致，高水位出现在融冻期后的3～4月，而 氏水位出现在10～12月，变幅较小，年波动幅值一般小于1.0m。在勘察期间， 测得本场地地下水稳定水位埋深在1.0～1.7m左右，相应水位标高在2.0m左右； 地下水初见水位埋深在1.5～2.2m左右，相应水位标高在1.5m左右。

3.1.3预应力矩形桩支护方案

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第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析

为深人探究实际工程中预应力矩形支护桩的变形机理及预应力在预应力矩 形桩中的作用，本文基于工程实例，利用ABAQUS有限元模拟软件模拟预应力 矩形支护桩作为悬臂支护桩和带支撑支护桩的变形特点和受力特性。但由于实际 工程中不确定因素太多，在模拟中不可能完全模拟实际情况，只能抓住其中的主 要因素，利用控制变量法有计划、有目的地进行模拟分析。

3.2.1的几何尺寸及边界条件

通常情况下，在模拟支护桩作用下基坑开挖土体变形，可以进行二维有限元 数值模拟；也可以把支护桩（如灌注桩）等效为连续墙等易于模拟的支护形式 取基坑的一半或凸分之一进行分析：但两者均不能很好的模拟桩的预应力大小 也不能很好的分析桩身混凝土及钢筋的受力、变形等特点。因此为了分析桩自身 的变形、受力特点必须把桩的细部构造（预应力筋、箍筋、混凝）体现出来： 日此时在保证一定精确度的情况下，即使只模拟整个基坑的否分之一计算代价也 很大。本是依据天津市大港区某商业楼基坑支护工程的建立的，基坑单侧开 挖长度达30m，由开挖长度引起的误差可以忽略不计，因此本文选取了基坑的 部分作为研究，本在宽度方向取三倍的桩间距，四周边界条件按对称选取 限制法向侧移，底面限制水平侧移和竖向侧移

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3.2.2 材料本构的选取

3.2.2.1关于弹塑性本构的几组概念

材料的本构关系内容丰富，涉及较多描述形式。材料在超出弹性范围之后逐 新进入塑性发展阶段，该过程主要包含以下儿组重要概念： 1、屈服准则。屈服准则即屈服条件，用以确定某种应力状态下的材料是出 于弹性范围还是已进入塑性流动状态，初始屈服条件是判断某点是否开始由弹性 阶段进入塑性阶段的分界点。由3个主应力01、02、03表征的屈服条件在应力空 间构成屈服曲面，屈服曲面即为弹、塑性状态的分界面。 2、流动准则。流动准则用以描述材料在进入塑性状态后，塑性应变张量增 量的分量和应力分量以及应力增量分量之间的关系，即塑性变形增量各分量之间 安何种比例变化的一种比例关系。流动准则依据流动方程的推导过程分为相适应 流动准则、不相适应流动准则；其中相适应流动准则是指流动方程由屈服面的垂 直方向上塑性应变所依据的屈服准则而得。修正剑桥即采用相适应流动准则 假定塑性势函数与屈服函数一致。 3、硬化准则。硬化准则确定了材料进入塑性变形阶段后的加载曲面的形式， 对于理想弹塑性材料，没有硬化效应，各应力状态下的屈服曲面只有一个，后继 出服函数同初始屈服函数是一致的；即理想弹塑性材料的屈服条件是唯一的，对 于理想弹塑性材料，不存在屈服曲面外的点。而对于弹塑性硬化材料，除了屈服 曲面外，还存在着加载曲面。ABAQUS提供的硬化准则有多种，其中以各向同 性硬化准则、运动硬化准则应用最广。各向同性硬化准则主要适用于单调加载的 况，而运动硬化准则与Bauschinger效应相符合，对于反向加载和循环加载的 青况更为准确。 4、加载准则。加载准则通常用来判定材料的加卸载状态。当材料进入塑性 伏态后，并不一定服从塑性本构关系。只有当其处于塑性的加载过程时，才服从 望性本构关系；当其处于卸载过程时，应力该变量与应变该变量之间要服从弹性 本构关系，即在卸载过程中恢复应力与恢复变形之间是线性相关。此外，对于弹 望性硬化材料，还存在着一类中性变载的过程，即do正好沿着加载面变化，其 对应于应力状态从一个塑性状态过渡到另一个塑性状态：且此过程不会产生新的

塑性变形，因此从这一点上讲，也可认为中性变载符合弹性本构。

3.2.2.2土体的本构

《工程建设地理信息系统软件通用标准 JG/T181-2005》第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析

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3.2.2.3混凝土本构

第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析

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3.2. 3 相互作用

DB64∕T 047-1999 民用建筑节能设计标准 （采暖居住建筑部分）宁夏地区实施细则.2.3.1桩士相互作月

在有限元分析中，接触是一种典型的非线性问题，一方面接触面本身力学模 型为非线性，另一方面接触面为不连续约束，在数值计算中不易收敛。针对这类 问题，Abaqus提供了了功能强大、灵活多变的接触面模拟技术，可满足基坑支护 结构与岩土体的相互作用的模拟。桩主相互作用问题涉及桩与土之间的接触。利 用ABAQUS模拟桩土之间的相互作用时，主要包含两部分内容，即接触对的设 置和接触面上的相互作用[35] 1、接触对的设置 （1）接触对中面的离散方法 在设置接触对时，通过指定发生接触的面，ABAQUS会在这些面的节点上 建立相应的方程，而节点的位置取决于面的离散方法。ABAQUS提供了点对面 离散方法和面对面离散方法。 面对面离散方法在接触分析时，考虑了主控面以及从属面的几何形状，与点 对面离散方法不同之处在于，面对面离散方法是采取类似平均的概念对从属面建 立接触，即使分析中发生穿透现象，从属面被主控面节点穿透的程度也不会很严 重。一般情况，面对面离散得到的应力计算结果，精度高于点对面离散的情况 但二者的计算代价不会相差特别悬殊。因此该模拟过程采用的是面对面的离散方 法。 （2）接触跟踪方法 在力学问题接触模拟过程中，ABAQUS包含两种反应接触面相对移动的跟 踪方法，即有限滑动和小滑动。当采用有限滑动接触跟踪时，ABAOUS在分析

第3章预应力矩形桩和灌注桩的数值模拟比较分析