桩基厚承台的试验研究与非线性分析

论文题目: 桩基厚承台的试验研究与非线性分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 孙成访

导师: 夏元友,彭少民

关键词: 厚承台,传力机理,空间桁架模型,穹顶拉杆模型,非线性有限元分析

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 桩基以其承载力高、能减少地基不均匀沉降等优点,在工程上得到广泛的应用。承台作为桩基的重要组成部分,起着承上启下的作用,在设计中应予重视。因此,对桩基承台的受力机理、传力模型及其承载力问题的研究具有重要的理论意义和工程参考价值。 传统桩基承台的内力计算都是建立在梁、板弯曲计算理论基础之上,对承台的受剪、受冲切、局部受压承载力的验算基本沿用一般梁、板等受弯构件的计算方法。这种设计方法只考虑承台某一指定截面上的受力,而没有考虑承台内部的完整力流（本文试验探索性测定了厚承台内部完整的力流分布）。随着国内外学者对承台研究的深入,人们发现平截面假定对承台尤其是厚承台不适用,于是提出了各种厚承台的传力模型,如拉压杆模型、空间桁架模型以及空腹式模型。各国关于承台设计方法的总体研究趋势,虽已逐渐由弯曲理论向桁架理论靠拢,但建立桩基承台合理的传力模式仍缺乏足够的试验基础和理论依据。 本课题是继武汉工业大学三桩、四桩承台之后进行的二桩、四桩、五桩钢筋混凝土承台试验研究。并将钢纤维混凝土这种新型的复合材料应用于钢筋混凝土承台,按l:5缩尺模型共制作47个承台试件,其中二桩承台30个、五桩承台15个和四桩承台2个。进行了静荷载试验和有限元非线性分析。三次所做的试验研究和理论分析均属于《纤维混凝土结构设计与施工规程》（CECS38:92）的修订课题,旨在利用钢纤维混凝土材料优良的抗拉、抗剪、抗弯和抗冲切性能,改善桩基承台的受力特性,拓展钢纤维混凝土的工程应用范围。 在分析比较国内外有关承台设计计算方法理论体系的基础上,建立了桩基厚承台非线性有限元计算力学模型,运用有限元分析软件,对桩基厚承台进行了从加荷、开裂、屈服直至破坏的全过程非线性有限元计算,分析了承台的裂缝扩展情况、应力分布规律和传力机理,为桩基承台传力模型的建立提供理论计算依据。根据基于空间桁架模型的试验研究分析结果与有限元分析结果可以得出,桩基厚承台的传力机理更符合空间桁架模型,即以承台底部桩顶处水平受力钢筋条带为拉杆,柱头至桩顶区域的混凝土为斜压杆的空间桁架。 分析研究桩基承台的破坏形态随着距厚比w/h0的变化趋势。当承台w/h0较大时,承台的极限承载力是以柱和角桩连线范围内混凝土或钢纤维混凝土的劈裂破坏为控制条件;当承台w/h0较小时,承台的极限承载力则是以柱和角桩连线范围内混凝土形成的斜压杆的剪切破坏或角桩的冲切破坏为控制条件;研究表明,厚承台破坏时,底部纵向钢筋并非全部均匀受力,而是集中在桩径范围内布置的钢筋受力大且

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 钢筋混凝土结构非线性问题的研究

1.3 钢筋混凝土桩基承台的研究

1.4 桩基承台设计方法综述

1.4.1 各国规范中桩基承台的计算方法

1.4.1.1 我国规范中承台的设计方法

1.4.1.2 前苏联规范(CHИП2.03.01-84)

1.4.1.3 美国钢筋混凝土房屋规范(ACI318-89)

1.4.1.4 芝加哥钢筋混凝土协会的CRSI手册中受剪、受冲切公式

1.4.1.5 加拿大规范(CAN3-A23.3-M84)

1.4.1.6 英国混凝土结构规范(CP114)

1.4.1.7 西德关于桩基承台的计算方法

1.4.2 国内外桩基承台近期研究成果

1.4.2.1 武汉理工大学研究成果

1.4.2.2 华南理工大学研究成果

1.4.2.3 新规范桩基承台专题组研究成果

1.4.2.4 国外在桩基承台研究方面的发展近况

1.5 本文的研究工作

1.6 本章小结

第2章 桩基承台的试验研究

2.1 二桩、四桩、五桩承台的试验概况

2.1.1 试验目的

2.1.2 试件设计及制作

2.1.3 试验装置及加载过程

2.2 二桩、四桩和五桩承台试验参数与部分实测数据

2.3 二桩、四桩和五桩承台试验过程及裂缝破坏形态描述

2.3.1 二桩承台试验过程描述

2.3.2 五桩承台试验过程描述

2.3.3 四桩厚承台试验过程描述

2.3.4 桩基承台裂缝破坏形态分析

2.4 影响桩基厚承台极限承载力的主要因素

2.5 二桩、四桩和五桩承台部分试验结果分析

2.5.1 承台挠度与荷载关系分析

2.5.1.1 二桩承台p-Δ曲线

2.5.1.2 五桩承台p-Δ曲线

2.5.1.3 四桩厚承台p-Δ曲线

2.5.2 混凝土应变特征分析

2.5.2.1 二桩承台高度-混凝土应变曲线

2.5.2.2 五桩承台高度-混凝土应变曲线

2.5.2.3 四桩承台高度-混凝土应变曲线

2.6 本章小结

第3章 钢筋混凝土结构非线性有限元分析方法

3.1 概述

3.2 结构非线性问题

3.3 混凝土本构关系

3.3.1 基于弹性理论的本构摸型

3.3.2 基于弹塑性理论的本构关系

3.3.3 基于粘弹性和粘塑性的本构关系

3.3.4 内时理论的本构模型

3.3.5 基于损伤力学的模型

3.4 混凝土的破坏准则

3.5 混凝土开裂和压碎的处理

3.6 钢筋的非线性材料模式

3.7 材料非线性有限元分析的一般步骤

3.8 本章小结

第4章 桩基承台的ANSYS非线性有限元计算结果

4.1 有限元分析的建模方法

4.1.1 计算单元的确定

4.1.2 有限元模型的建立

4.2 桩基承台有限元计算结果及分析

4.2.1 开裂荷载和极限荷载计算与分析

4.2.2 位移计算与分析

4.2.3 实测裂缝与有限元计算结果比较分析

4.3 本章小结

第5章 桩基厚承台传力模型与承载力计算分析

5.1 承台破坏机理研究

5.1.1 板的冲切破坏机理

5.1.2 深梁剪切破坏机理

5.2 基于空间桁架模型的厚承台内部混凝土应变试验研究

5.2.1 纵向钢筋(拉杆)应力分析

5.3.1.1 二桩承台p-σ_s曲线

5.3.1.2 五桩厚承台p-σ_s曲线

5.3.1.3 四桩厚承台p-σ_s曲线

5.2.2 钢筋网片(斜压杆)应力分析

5.3 基于空间桁架模型的厚承台有限元分析

5.4 桩基厚承台空间传力模型的分析讨论

5.4.1 传统桩基承台计算模型

5.4.2 空间桁架模型

5.4.3 空腹式传力模型

5.4.4 二桩厚承台拉杆拱模型的建立

5.4.5 等边厚承台穹顶拉杆模型

5.4.5.1 等边厚承台穹顶拉杆模型的建立

5.4.5.2 节点区的讨论

5.5 基于拉杆拱模型或桁架模型的桩基厚承台的实用简化计算方法

5.5.1 桩基厚承台受角桩冲切承载力计算

5.5.2 桩基厚承台斜截面受剪承载力计算

5.5.3 桩基厚承台受弯承载力计算

5.5.4 钢筋布置形式探讨

5.5.5 桩基承台的一般设计方法

5.6 本章小结

第6章 钢纤维混凝土在桩基承台中的应用

6.1 钢纤维混凝土的应用与发展概况

6.1.1 钢纤维混凝土的特点

6.1.2 钢纤维混凝土在工程中的应用

6.1.3 钢纤维混凝土的研究现状与发展前景

6.1.4 钢纤维混凝土桩基承台的研究进展

6.2 钢纤维混凝土的增强机理

6.2.1 钢纤维混凝土的增强机理理论概述

6.2.2 钢纤维对混凝土开裂后的阻裂效应

6.3 钢纤维混凝土基本性能的研究

6.3.1 概述

6.3.2 钢纤维混凝土构件的抗弯、抗剪和复杂应力下钢纤维混凝土的性能

6.3.3 钢纤维混凝土的本构模型和强度理论

6.4 钢纤维在钢筋混凝土厚承台中的应用研究

6.4.1 试验概况

6.4.2 钢纤维指标对承台承载力的影响

6.4.3 钢纤维对混凝土承台的贡献

6.5 本章小结

第7章 结束语

7.1 结论

7.2 有待研究的问题

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的科研论文

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

致谢

发布时间: 2005-10-11

参考文献

• [1].桩基的振动及动力优化[D]. 燕彬.西安建筑科技大学2004

相关论文

• [1].桩——土相互作用计算模型及其在桩基结构抗震分析中的应用[D]. 孔德森.大连理工大学2004
• [2].可液化土层中桩基横向承载特性研究[D]. 冯士伦.天津大学2004
• [3].高层建筑考虑土—桩—结构相互作用的静动力研究[D]. 张俊发.西安建筑科技大学2005
• [4].散体材料桩复合地基固结理论研究[D]. 张玉国.浙江大学2005
• [5].基桩屈曲稳定分析的理论与试验研究[D]. 邹新军.湖南大学2005
• [6].大型桥梁桩基承载力试验研究[D]. 冷曦晨.中国地质大学（北京）2005
• [7].独立柱基下承台、群桩与土共同工作机理研究[D]. 韩云山.太原理工大学2005
• [8].液化土层中桩基横向动力响应研究[D]. 李雨润.中国地震局工程力学研究所2006
• [9].黄土桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究[D]. 李晋.长安大学2006
• [10].桥梁桩基承载特性的模拟试验法研究[D]. 王东阳.长安大学2006

标签：厚承台论文;  传力机理论文;  空间桁架模型论文;  穹顶拉杆模型论文;  非线性有限元分析论文;