组合型钢板桩试验支座处钢板桩出现竖向位移现象的分析研究

组合型钢板桩试验支座处钢板桩出现竖向位移现象的分析研究

麦桂林

华南理工大学土木工程系广州510641

摘要：对集中荷载作用下钢板桩支座处位移计出现位移量进行可能性原因分析，通过理论计算和试验数据对比研究，发现试验过程中上下钢板桩锁扣的相对运动所产生的位移量占比很大，约占79.6%。

关键词：钢板桩；支座处位移；原因

1引言

钢板桩最早被生产和广泛应用均是在国外，国外学者对钢板桩的研究也早于国内，早在1931年，德国学者Blum就对U型钢板桩进行研究，其主要研究其受力理论和计算方法【1】。R.J.Crawford和M.P.Byfield设计三组1/6缩尺的铝制拉森钢板桩的模型，通过侧边是否加约束和部分或全部锁扣卷曲来进行对比，首先证明数值解与实验数据吻合，同时发现卷曲拉森钢板桩不施加侧边约束时会产生斜向弯曲现象【2】。M.P.Byfield和R.W.Mawer采用1/8铝制缩尺模型模拟钢板桩，得出锁扣不同的处理方法能不同程度的影响桩墙抗弯刚度【3】。国内薛政群等人早在1992年就根据码头集装箱工程中采用的卢森堡ARBED的Pu32型钢板桩进行研究，试验采用足尺模型，取三片5m长的钢板桩作为一个单元，将组合单元搁在4cm厚的抛光钢垫板上，将钢板与混凝土支座密切联结来模拟简支，各桩间加焊少量横向联系钢筋模拟钢板桩两侧约束，分析锁扣联结度与截面模量的关系【4】。

目前，国内外在对钢板桩进行研究的文献中，大部分考虑的是钢板桩墙的抗弯刚度和强度，而且大多集中在钢板桩的施工工艺、监测数据分析和数值模拟这一块，对于钢板桩试验中出现的问题甚少提及，因此本文对6米原型钢板桩试验过程中支座处钢板桩出现位移量的现象进行分析研究。

2试验

2.1试验目的

试验分两步进行，单桩试验以及组合钢板桩试验。

（1）单桩挠度沿桩长分布规律及随荷载变化规律；

（2）组合钢板桩挠度沿桩长分布规律及随荷载变化规律。

2.2试验桩组装

试验采用的钢板桩型号是6米长的拉森FSP-Ⅲ型钢板桩。试验构件由两部分组合而成，其中上面部分为一根截面完整的6m长的FSP-Ⅲ型钢板桩，下面部分由两片FSP-Ⅲ型钢板桩翼缘焊接在Q235钢板加工制作而成。加工制作而成的下层钢板桩横截面积、惯性矩须与FSP-Ⅲ钢板桩横截面积、惯性矩相等。

试验主要测量钢板桩受荷时的挠度。试验时在上层钢板桩腹板上布置电子百分表，以左侧支座为起始点，跨中为终止点，由左至右每隔400mm布置电子百分表，电子百分表量程为±100mm，最小刻度为0.01mm的。试验桩搁支在特制的支座上，其中左侧支座为铰支座，右侧支座为滚动铰支座。在反力架下在试验桩跨中用油压千斤顶向下加载，每3KN一级。

2.3试验现象及结果分析

图1单桩左侧支座的竖向位移

由试验测得的数据可得，在加载过程中，支座处位移计的数值存在不断增大的现象，单桩支座处最大位移量为0.71mm（如图1），组合桩支座处最大位移量为7.79mm（如图2），而根据理论计算支座处的数值始终为零，因此下面对这一现象进行讨论分析：

图2组合桩左侧支座的竖向位移

1）组合桩在加载前的锁扣连接状态如图3所示，上下钢板桩的锁扣没有完全的锁死，加载过程中，在力的作用下，上部钢板桩的锁扣会逐渐往下移动，直到上下钢板桩的锁扣咬紧，不再发生相对运动，如图4所示。上下钢板桩锁扣之间的间隙逐渐变大，在CAD模型上测得的最大距离有6mm，现场试验测得的最大距离接近6.2mm。

2）单桩支座处出现了0.71mm的位移量，因为支座处的力是荷载的1/2，同时支座处钢板桩没有横向约束，在受力时可能会发生横向拉伸竖向压缩变形，引用到组合桩同样存在这个现象，也会造成支座处钢板桩发生一定量的竖向位移。

3结论

综上所述，钢板桩在试验过程中支座处位移计出现位移量的原因可以分为三部分：上下钢板桩锁扣的相对运动、钢板桩受力出现变形现象以及试验仪器误差和人为操作误差。通过对三种原因的对比分析，钢板桩锁扣相对运动是造成支座处位移出现的主要原因，本次试验中占比79.6%。

参考文献（References）

[1]Blum.EinspannungsverhaltnissebeiBohlwerken[J].Berlin：WihelmErnstandSohn.1931.

[2]CrawfordRJ，ByfieldMP.AnumericalmodelforpredictingthebendingstrengthofLarssensteelsheetpiles[J].JournalofConstructionalSteelResearch.2002，58（10）：1361-1374.

[3]ByfieldMP，MawerRW.AnalysisofreducedmodulusactioninU-sectionsteelsheetpiles[J].JournalofConstructionalSteelResearch.2004，60（3-5）：401-410.

[4]薛政群，周旅健.U型钢板桩断面模量与锁扣联结度关系的试验研究[J].水运工程.1992（10）：7-11.