论文题目: 深长桩荷载传递特性与相互作用理论及应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 道路与铁道工程
作者: 钟闻华
导师: 刘松玉,石名磊
关键词: 深长桩,模型试验,最佳含水量,孔隙函数,非线性塑性模型,极限承载力,双参数法,荷载传递法,层元模型,群桩束缚效应,曲线法,第一剪切零点,前折减后叠加模型
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 桩基础是土木工程领域中应用较为广泛的基础形式之一。本文主要针对深长桩在工程应用中存在的问题,深入分析相关课题的原位试验资料和室内模型试验结果,对竖向、水平向承受荷载的深长桩的承载性状和变形特性进行了系统的研究。主要研究内容包括:桩土接触面荷载传递特性的试验研究、单桩竖向承载工作机制及极限承载力确定、群桩基础相互作用机理分析及沉降计算方法的研究,以及水平荷载作用下单桩、群桩基础的承载和变形特性和计算模型的应用研究。桩土界面的物理力学特性直接决定着桩基础的承载性状和变形特性。本文首先进行了室内混凝土块和粉土介质之间的剪切模型试验研究。结果表明,随着垂直压力的增加,桩土间的荷载位移关系(τ-z)曲线由单驼峰模式转变为双曲线模式,说明在压力较低时,表现为软化效应,反之则表现为强化效应。土的含水量和孔隙比对桩土界面的力学特性影响较大,存在一个最优含水量,此时桩土界面的摩擦力为最大。另一方面,在剪切初始阶段,桩土界面的剪切模量较大,随着剪切位移的增大,剪切模量逐渐减少。根据试验结果,本文首次提出了采用非线性塑性荷载位移模式来模拟桩土接触面的力学特性。通过对超长桩现场单桩静载荷试验的资料分析,发现超长桩的荷载传递特性表现出了一定的端承摩擦桩的特性,其P-S曲线,相对于一般摩擦桩而言变化较平缓。结合室内桩土接触面的模型试验得到的土层软化、强化变化情况,统计分析了数十根桩的载荷试验资料,得到了不同埋深的土层的软化系数和硬化系数,以及桩端承载力修正系数,对现行规范采用的单桩极限承载力的计算方法提出修正方法。在此基础上,针对现行规范桩侧极限摩阻力确定方法存在的缺陷,提出了采用地基土的孔隙函数(孔隙比)和含水比(含水量)两个指标来确定桩侧土体的极限摩阻力的双参数法。根据一维杆系结构有限元法和荷载传递迭代法相耦合的原理,形成一种单桩沉降计算方法。该方法中,非均质土中的单桩荷载传递规律采用非线性塑性荷载位移模式,同时采用三折线荷载位移模式进行分析比较。计算结果表明,两种荷载位移模式的计算结果和实测结果基本一致,且能体现出桩侧土体的非线性特征。在此基础上,引入土体的“层元”模型理论模拟群桩间相互作用,使得计算进一步简化。深入分析群桩“束缚”效应的机理,提出计算“束缚”作用的迭代法,使得群桩沉降计算结果与实际情况相吻合。并应用此理论,对群桩的沉降规律进行了计算分析。对于水平承载桩,采用p-y曲线法与弹性梁有限单元法相耦合的方法来分析其工作特性。同时引入Briaud提出的第一剪切零点(Dv)的概念,在保证计算精度的基础上,简化计算过程。对于水平荷载作用下的群桩基础,本文详细分析了群桩相互作用的机理,指出:水平荷载作用下,群桩内各单桩间同时存在“折减”效应和“叠加”效应,即沿着水平荷载作用方向,前排桩前倾引起后排桩间土抗力的折减,而后排桩向前的水平位移引起前排桩的水平位移增加。这两种效应应该是同时存在,且相互影响的,根据这一结果,本文提出了“前折减后叠加”的群桩分析模型。通过对实例的计算分析表明,p-y曲线法与弹性梁有限单元法相耦合的方法以及“前折减后叠加”模型的结算结果与试验结果相吻合。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
第一节 竖向抗压桩研究现状
第二节 横向承载桩研究现状
第三节 存在问题及本论文主要内容
第二章 桩土界面非线性塑性荷载位移模式研究
第一节 概述
第二节 室内模型试验研究
第三节 非线性塑性荷载传递模式
本章小结
第三章 单桩荷载传递规律与承载力预测的试验研究
第一节 单桩静载荷试验
第二节 深长桩荷载传递性状分析
第三节 双参数法确定桩侧极限摩阻力
第四节 灰色系统理论预测单桩极限承载力
本章小结
第四章 单桩沉降计算的杆系有限元和非线性塑性模型的耦合法
第一节 荷载传递法基本原理
第二节 杆系有限元和非线性塑性荷载传递模型耦合法
第三节 工程实例计算分析
本章小结
第五章 群桩相互作用理论与沉降分析
第一节 群桩相互作用理论
第二节 迭代法分析群桩的“束缚效应”
第三节 群桩沉降规律分析
本章小结
第六章 水平承载桩群计算模型与应用研究
第一节 概述
第二节 p-y 曲线和梁单元耦合法分析横向承载桩单桩特性
第三节 “前折减后叠加”模型分析水平承载桩的群桩特性
第四节 Roosevelt 大桥桥台桩试验分析
第五节 金陵石化炼油厂减压塔桩基础试验分析
本章小结
第七章 总结与展望
一、结论
二、进一步研究展望
参考文献
致谢
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发布时间: 2007-06-11
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