大直径现浇混凝土薄壁筒桩竖向承载性状数值分析

论文摘要

大直径现浇混凝土薄壁筒桩(以下简称筒桩)是一种新型的桩基技术，是由浙江省海洋二所谢庆道教授在长期从事海洋工程科学研究和工程实践的基础上创造发明的。它用料省，承载力高，具有当前几种常用桩型不具备的优点，已经逐步应用于公路软基处理和堤坝建设中。但目前此桩型的理论机理的研究还很缺乏，对其理论研究目前远远落后于工程实践，这在一定程度上制约了该桩型的推广应用，因此开展相应的理论研究非常迫切。 本文首先介绍了筒桩的一些主要特点，介绍了筒桩在软弱地基处理和堤坝工程中的应用情况，包括它的施工工艺和施工要点，并详细比较了筒桩软基处理方法与目前常用的几种软基处理方法，接着介绍了筒桩的国内外研究现状。 采用通用有限元程序ANSYS对公路软基处理中顶部封盖筒桩的竖向承载性状进行分析。介绍了有限元分析模型的建立，包括单元刚度和整体刚度矩阵的建立、等效结点荷载的计算、土体本构模型和接触面模型的建立。利用所建立的有限元模型，对竖向荷载作用下的筒桩进行了分析，包括筒桩单桩的承载机理和桩侧土弹性模量变化、桩侧土体凝聚力变化、桩侧土体内摩擦角变化、桩端土弹性模量变化、桩长变化、桩径变化、桩壁厚度变化对其竖向承载性状的影响。 通过有限元分析认为，桩侧上层土(即桩侧土)压缩模量的提高、桩侧下层土(即桩端持力层土)压缩模量的提高、桩长度的增大和桩外径的增大能大幅度提高筒桩的竖向极限承载力。筒桩的合理桩外径选择范围为10m～15m。在桩外径不变的条件下，改变桩壁厚度几乎对筒桩承载力没有影响，但有利于桩身端部阻力的提高。筒桩的承载力随着桩侧上层土体凝聚力的增大而提高，但浙江大学硕士学位论文摘要郭平2005年2月当凝聚力增大到30kPa后，再增大凝聚力对筒桩承载力的提高几乎无作用，同时，桩侧上层土体内摩擦角的增大有利于筒桩承载力的提高，但当内摩擦角增大到150后，再增大内摩擦角对筒桩承载力的提高作用不是很明显。 最后，通过对筒桩的有限元分析，提出了筒桩极限内摩阻和桩内土芯顶部极限阻力的估算方法，从而得到了一个筒桩竖向极限承载力的估算公式，为工程上的应用提供方便。关键词:筒桩:有限元:内摩阻:外摩阻:极限承载力:估算公式矛/’g

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 筒桩技术简介
• §1.3 筒桩竖向承载研究现状
• §1.4 本文主要工作和创新点
• 第二章 有限单元法理论基础
• §2.1 引言
• §2.2 筒桩竖向承载性状分析有限元模型的建立
• §2.3 本章小结
• 第三章 筒桩竖向承载性状有限元分析
• §3.1 引言
• §3.2 筒桩竖向承载机理有限元分析
• §3.3 土质参数变化对其竖向承载性状的影响
• §3.4 桩长变化对其竖向承载性状的影响
• §3.5 桩外径变化对其竖向承载性状的影响
• §3.6 桩壁厚度变化对其竖向承载性状的影响
• §3.7 本章小结
• 第四章 筒桩竖向极限承载力估算方法
• §4.1 引言
• §4.2 筒桩单桩竖向极限承载力估算公式的提取
• §4.3 算例分析
• §4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• §5.1 主要结论
• §5.2 开展进一步工作的设想
• 参考文献
• 致谢