现浇筒桩桩—土共同作用试验与数值研究

论文摘要

现浇筒桩(简称筒桩)是适合软土地区的新型桩型，其吸收了预应力管桩、振动沉管桩的技术优点，具有经济、高效、承载力高、环境效益好等特点，在交通工程、水利工程、海洋工程以及工业与民用建筑工程等领域具有广泛的应用前景。作为一种全新桩型，无论其单桩承载机理还是复合地基固结变形方面的研究都不是很充分，理论研究的滞后制约了它的进一步发展和应用。 本文在国内外现有研究成果基础上，以实测资料为基础，结合有限元分析手段，对筒桩单桩及复合地基的工作性状进行了广泛、深入的研究，主要研究工作包括： 本文首先从试验研究、理论分析和数值模拟三个方面，对不同结构形式下筒桩桩—土共同作用性状的研究现状进行了回顾，并指出现有研究成果之不足，从而为本文工作的开展奠定了基础。 其次，介绍了本文研究的理论基础，包括材料的本构模型、计算模型相关理论、固结理论。 第三，考虑了桩土间的相互作用及地基土固结影响，研究了不同工况下桩顶沉降、桩身轴应力和桩内、外侧摩阻力随加载维持时间的变化规律以及不同载荷比下的桩周土初始超静孔压分布。在对单桩竖向静载试验实测结果进行总结分析的基础之上，利用所建立的有限元模型对工程实例进行了数值模拟，将计算结果与实测结果进行了相互比较、相互验证。 第四，建立了用于研究筒桩横向承载性状的三维有限元、无限元耦合分析模型，并考虑桩土体系中混凝土开裂引起的非线性、钢筋与混凝土的耦合作用、桩周土体的弹塑性和桩土界面的非线性接触等问题。通过算例研究了，桩身塑性变形、弯矩、剪力、钢筋应力、桩体水平位移、桩土相对脱离量等因素随桩顶荷载的变化而呈现出的不同规律，同时，探讨了不同的影响因素对筒桩横向承载性状的影响。最后，对水平荷载下筒桩单桩载荷试验的实测结果进行了总结分析，并采用所建立的数值模型对一工程实例进行了数值模拟，验证了计算模型的可行与可靠性。 第五，考虑了桩、土、土工格栅之间的相互作用及地基土体固结的影响，研究了路堤荷载作用下，筒桩复合地基土体超静孔压的分布及消散，格栅拉应力、地基土体沉降、桩身轴应力、桩侧摩阻力等参数的变化规律，并对桩长、桩间距

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 竖向荷载下筒桩的研究现状
• 1.3 水平向荷载下筒桩的研究现状
• 1.4 筒桩复合地基研究现状
• 1.5 本文主要工作及创新点
• 第二章 基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 材料的本构模型
• 2.3 单元库
• 2.4 固结理论
• 2.5 本章小节
• 第三章 考虑固结影响的筒桩竖向承载性状分析
• 3.1 引言
• 3.2 静载试验加载方式与极限荷载确定
• 3.3 有限元模型建立
• 3.4 封盖筒桩单桩性状分析
• 3.5 未封盖筒桩单桩性状分析
• 3.6 土芯对筒桩单桩性状的影响
• 3.7 工程实例与数值模拟
• 3.8 本章小节
• 第四章 水平荷载作用下筒桩极限承载力分析
• 4.1 引言
• 4.2 混凝土属性及其参数定义
• 4.3 三维有限元模型建立
• 4.4 基本算例分析
• 4.5 影响因素分析
• 4.6 工程实例与数值模拟
• 4.7 本章小节
• 第五章 路堤荷载下筒桩复合地基固结与受力机理分析
• 5.1 引言
• 5.2 三维有限元模型建立
• 5.3 打穿软土层固结变形特性分析
• 5.4 未打穿软土层固结变形特性分析
• 5.5 影响因素分析
• 5.6 本章小节
• 第六章 软基现浇筒桩处理现场试验与数值分析
• 6.1 引言
• 6.2 工程概况及地质条件
• 6.3 现场测试成果分析
• 6.4 典型试验段数值模拟
• 6.5 本章小节
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文的主要结论
• 7.2 下一步工作的建议
• 参考文献
• 致谢
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