水平荷载作用下人工挖孔桩护壁与桩身相互作用及其承载力贡献研究

论文摘要

人工挖孔桩护壁结构是桩基施工过程中的支护结构,其设计功能主要是保护施工人员人身安全和实现成孔,在工程设计时设计人员并没有考虑护壁在桩水平受力过程中的荷载分担作用,现行规范和规程都没有明确规定和说明。为研究水平荷载作用下人工挖孔桩护壁结构与桩身相互作用机理及其承载力的贡献度,本文利用有限元软件ANSYS,对在不同水平荷载作用下有无护壁两种工况的桩身受力性状进行了数值模拟。结果表明：1、分段式护壁能够与桩身相互作用,护壁增大了桩身的抗弯刚度,使得桩身在相同水平荷载作用下与无护壁工况相比,桩身应力、桩身水平位移、桩前土体应力都有所减小,说明护壁结构对桩基水平荷载的分担作用效果明显。2、参考有关规范规定的确定桩基水平承载力特征值的方法,得出护壁对桩基水平承载力的贡献度为12.21%。3、将护壁不同部位截面等效成桩身截面后,得出桩基水平承载力的计算公式及护壁对桩身截面受弯承载力贡献度的计算公式。本文研究成果丰富了分段式护壁结构、桩身结构及岩土介质的相互作用机理等方面的理论,对桩基础设计理论和工程实践具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 水平荷载作用下分段式护壁与桩身相互作用研究现状
• 1.2.2 水平荷载作用下分段式护壁与外侧土体相互作用研究现状
• 1.2.3 目前研究中存在的问题
• 1.3 本文研究目标和主要内容
• 1.3.1 本文研究目标
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 1.4 研究思路及技术路线
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 水平荷载作用下分段式护壁、桩身和桩周土体的相互作用机理
• 2.1 引言
• 2.2 水平荷载作用下传统桩土相互作用机理
• 2.2.1 建立传统桩土相互作用有限元模型
• 2.2.1.1 材料本构模型
• 2.2.1.2 基本假定与几何尺寸
• 2.2.1.3 选取参数和选定单元
• 2.2.1.4 建立有限元模型
• 2.2.1.5 边界条件与加载
• 2.2.2 水平荷载作用下桩土荷载传递规律
• 2.2.2.1 桩身应力与水平位移
• 2.2.2.2 桩周土的抗力特征
• 2.2.2.3 桩土荷载传递规律
• 2.2.3 桩及周围土体的变形与破坏特征
• 2.3 水平荷载作用下分段式护壁、桩土相互作用机理
• 2.3.1 建立分段式护壁、桩土作用有限元模型
• 2.3.1.1 材料本构模型
• 2.3.1.2 基本假定与几何尺寸
• 2.3.1.3 选取参数和选定单元
• 2.3.1.4 建立有限元模型
• 2.3.1.5 边界条件与加载
• 2.3.2 水平荷载作用下桩、护壁、土体荷载传递规律
• 2.3.2.1 桩身应力与水平位移
• 2.3.2.2 护壁应力与水平位移
• 2.3.2.3 桩周土的应力特征
• 2.3.2.4 桩、护壁、土体荷载传递规律
• 2.3.3 桩、分段式护壁、土体的变形与破坏特征
• 2.4 水平荷载作用下分段式护壁的作用效应分析
• 2.4.1 分段式护壁对水平荷载的传递机理和规律
• 2.4.2 分段式护壁对水平抗力的影响规律
• 2.5 本章小结
• 第三章 水平荷载作用下分段式护壁对桩基承载力贡献研究
• 3.1 引言
• 3.2 分段式护壁改变桩水平承载力的力学机制
• 3.3 分段式护壁结构对桩水平承载力贡献的计算
• 3.3.1 按水平位移控制的计算方法
• 3.3.2 考虑分段式护壁结构贡献的桩基水平承载力量化公式
• 3.4 考虑分段式护壁结构对水平承载力贡献的桩基设计
• 3.4.1 分段式护壁结构计算与设计
• 3.4.2 桩身结构计算与设计
• 3.4.3 施工工艺要求
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 硕士研究生期间取得的研究成果
• 致谢