中仿Rocscience_RSPile的群桩承载分析案例
重型氧化铝储存仓的圆形群桩承载分析
By Ahmed Mufty, Ph.D.
Rocscience的RSPile是一款功能强大的软件，可用于研究单桩或群桩的作用，以获得桩设计所需的长度并评估其荷载沉降关系。为了展示软件对桩的设计功能，本文介绍了在圆形桩帽上进行重载分析的结果。
桩帽的直径为28 m，设计为38 m高的圆柱形筒仓，用于存放氧化铝。结构分析结果表明，考虑到所有风荷载和地震荷载条件，筒仓最不利荷载组合为竖向240000 kN的总荷载，桩帽上的水平载荷大约等于垂直载荷的10％，该竖向荷载可产生1100000 kN*m的倾覆力矩。
在现场进行了标准贯入试验（SPT），并记录了两个钻孔的打击数并进行了推断。下图1显示了打击次数与深度的关系图。
图 1: SPT 锤击数. B/30 cm
使用RSPile计算轴向载荷，选择了Drilled Sand方法模拟载荷沉降行为，荷载-沉降曲线遵循Reese对砂质土码头钻孔的建议（请参阅《 RSPile轴向载荷桩》手册）。此方法取决于桩的单位表面最终摩擦力和每一层的最终端部单位承载力，这表明较小直径的桩在沉降时要比较直径较大的桩更能达到其极限承载力。根据当地经验和先前的测试，采用Reese和Wright（1977）的方法来估计表面抵抗力和末端承载力，其中：
Fsult = 150+2(N-53) in kPa for N>53
Fbult = 57.5N limited to 4300kPa
对于两土层的表面阻力，它们的值分别为244 kPa和444 kPa的值，而最终的端部承载力的上限为4300 kPa。这些值已输入到“ RSPile土壤属性”对话框的“轴向”选项卡中。此外，在“横向”选项卡中输入了两土层的Kpy值分别为60 MN / m3和80 MN / m3。
根据筒仓壁的位置，为桩承受的载荷选择了初步的试验布置，桩的直径为1 m，长度为15 m，圆柱强度为50 MPa，沿长度方向的截面为0.6％加筋（参见图2）。
图 2: 桩的初步试验布置
对初步试验布置的分组桩进行分析，“项目设置分析”选项卡中的“桩分析类型”设置为“分组桩分析”。图3显示了桩1、9、25和41（承受最高载荷的桩）的最终载荷分布。精度极限固定为0.001，迭代次数限制为200。
图 3: 初步试验布置分析结果
结果表明，外圈的桩比内圈的桩承受更高的载荷，两个内圈的剪力几乎相同。根据计算结果，将布局中的桩更改为A，B，C和D类型，如表1所示。
表 1: 最终桩布置中的桩类型。
桩的分布保持不变，但是根据桩的环位置，桩的直径和长度不同。直径较小的较短桩放在内圈，直径较大的较长桩放在外圈。 RSPile中修改后的最终桩布局如图4所示。
图 4: 桩的最终布局
为了计算不同类型桩的载荷沉降，对每种具有不同类型、载荷水平的桩进行了多次分析。为此，针对相同类型的桩创建了另一个RSPile模型，其中将桩类型添加为图案，然后对桩进行分组并赋予不同的载荷，直到达到过度沉降为止。荷载-沉降的模型分析如图5所示。
图 5: 四种桩型在不同竖向荷载作用下的分析
可见，荷载沉降曲线的计算采用了9个荷载步骤，并在底部加上最后3根桩，通过增加中间点进一步平滑曲线。每种桩型的荷载-沉降曲线分别如图6、图7、图8和图9所示。
图 6: 荷载-沉降曲线-A型桩
图 7: 荷载-沉降曲线-B型桩
图 8: 荷载-沉降曲线-C型桩
图 9: 荷载-沉降曲线-D型桩
最终桩布局进行的分析结果显示了四根桩（1、9、25和41）的力和位移，如图10所示。
图10：最终桩布置分析结果。
图 10: 最终桩布置的分析结果
可见，四根桩的顶部载荷分别为2583 kN，3658 kN，6430 kN和11148 kN，a、B、C和D类桩的安全系数分别为2.58、2.38、2.95和3.37。
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