刚性桩复合地基桩土协同效应的分析研究

论文摘要

刚性桩复合地基由于作用机理的复杂性,已有的研究成果还不能较好地满足工程实践的需要。因此,分别采用解析理论和数值模拟方法对刚性基础下无垫层和加入垫层两种情况时的刚性桩复合地基桩土工作性状进行了研究分析。提出无垫层复合地基的理论计算方法,其是在对桩体和土体单独受力进行理论推导的基础上,联合应用Boussinesq和Mindlin应力解计算桩土受力时相互影响关系,最后根据桩土表面位移协调条件建立方程组求解。用VB对计算过程进行编程,并通过算例计算分析了土体反力分布变化情况和各种因素对荷载沉降曲线的影响。桩土表面与基础板之间加入垫层后,桩土工作性状发生很大改变,垫层性质对桩土分担起着关键影响,本文从极限平衡理论角度对刚性桩复合地基中垫层作用机理进行分析,推导出桩顶垫层厚度、垫层材料内摩擦角等参数对桩土应力分担比的控制公式,并在此基础上提出一种桩土应力比迭代计算方法及垫层优化设计方法。利用VB编程对算例进行计算,分析了垫层厚度、内摩擦角及荷载水平对桩土应力比的影响。通过有限元软件对刚性桩复合地基在不同设计条件下的工作性状进行数值模拟,研究分析了垫层厚度、弹性模量及桩体强度等因素对桩土应力分担及沉降的影响。所提出的研究成果和分析结论在一定程度上与工程实践和现场试验吻合,对工程设计及施工有着一定的指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 刚性桩复合地基发展及研究现状
• 1.2.1 刚性桩复合地基的试验研究
• 1.2.2 刚性桩复合地基作用机理和设计方法的解析理论研究
• 1.2.3 刚性桩复合地基数值模拟研究
• 1.3 目前刚性桩复合地基设计方法
• 1.3.1 承载力计算
• 1.3.2 刚性桩复合地基沉降计算
• 1.4 本文研究目的及方法
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 本文主要研究方法
• 第2章 刚性基础下桩土工作性状分析
• 2.1 引言
• 2.2 单桩复合地基桩土工作性状的简化方法
• 2.2.1 单桩沉降计算的理论方法
• 2.2.2 桩间土荷载沉降关系的理论计算
• 2.2.3 利用桩土表面位移条件计算桩、土荷载分担
• 2.3 考虑桩土协同作用的计算方法
• 2.3.1 桩顶作用荷载引起的沿桩身阻力分布及桩顶沉降
• 2.3.2 桩间土表面单独作用荷载所引起的桩间土沉降
• 2.3.3 由桩端和桩侧阻力值引起桩间土沉降
• 2.3.3 桩间土单元在单位荷载作用下引起的桩顶沉降
• 2.4 编程及算例分析
• 2.4.1 编制程序
• 2.4.2 计算结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 垫层对桩土工作性状影响分析
• 3.1 引言
• 3.1.1 加入垫层后复合地基工作性状
• 3.1.2 垫层工作机理分析
• 3.2 垫层影响下桩土应力比计算
• 3.2.1 桩顶垫层受力平衡分析及桩土应力比公式推导
• 3.2.2 桩—土沉降计算
• 3.2.3 利用迭代方法求算桩土应力比
• 3.3 桩体复合地基的优化设计
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 计算成果分析
• 3.4.2 优化设计算例
• 3.5 本章小结
• 第4章 单桩复合地基的有限元数值模拟
• 4.1 有限元理论
• 4.1.1 虚位移原理
• 4.1.2 有限元基本方程
• 4.1.3 单元
• 4.2 本构方程
• 4.2.1 线弹性本构方程
• 4.3 ANSYS 有限元软件模拟
• 4.3.1 ANSYS 软件介绍
• 4.3.2 利用ANSYS 软件对单桩复合地基模拟
• 4.4 模拟结果分析
• 4.4.1 垫层厚度对复合地基工作性状影响
• 4.4.2 垫层变形模量对复合地基桩土工作性状影响
• 4.4.3 桩体强度对地基工作性状影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 存在的问题
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果