竖向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

针对目前人工挖孔桩的设计并没有考虑护壁结构对桩身竖向承载力的贡献这一实际问题。本文利用有限元软件ANSYS建立有无护壁结构这两种工况下的人工挖孔桩与岩土介质相互作用的三维模型,对人工挖孔桩的护壁结构、桩身结构与岩土介质的相互作用规律；护壁结构对桩竖向承载力的贡献度；在工程设计时应怎样考虑护壁结构对基桩工程经济性的影响等问题进行了研究。计算分析结果表明：1、分段式护壁、桩土体系与传统人工挖孔桩在竖向荷载作用下的荷载传递过程基本一致。但是,护壁外侧摩阻力与桩侧摩阻力沿深度变化形式不一样。在单桩的总承载力中分段式护壁、桩土中的侧摩阻力比传统人工挖孔桩侧摩阻力提高10.7%。2、分段式护壁、桩土体系与传统人工挖孔桩在竖向荷载作用下的沉降特征一致,但是相同荷载作用下分段式护壁、桩土体系的桩身沉降比传统桩土的桩身沉降要减小37.0%。3、分段式护壁结构对人工挖孔桩竖向极限承载力的贡献为20%左右。4、总结出按承载力控制和沉降控制时分段式护壁对桩竖向承载力贡献度的统一量化公式。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 竖向荷载作用下分段式护壁与桩身相互作用研究现状
• 1.2.2 竖向荷载作用下分段式护壁与外侧土相互作用研究现状
• 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 竖向荷载作用下分段式护壁、桩身和围岩之间的相互作用机理
• 2.1 引言
• 2.2 有限元计算理论
• 2.2.1 有限单元法简介
• 2.2.2 基本理论
• 2.2.3 非线性问题的求解方法
• 2.3 竖向荷载作用下传统桩土相互作用机理
• 2.3.1 建立传统桩土相互作用有限元模型
• 2.3.1.1 建模的思路和几何尺寸的确定
• 2.3.1.2 参数选取和单元选定
• 2.3.1.3 建立有限元三维模型
• 2.3.1.4 设置边界条件和施加荷载运算
• 2.3.2 竖向荷载作用下桩土荷载传递规律
• 2.3.3 桩侧与桩端阻力性状
• 2.3.4 桩及周围土体的沉降特征
• 2.4 竖向荷载作用下分段式护壁、桩土相互作用机理
• 2.4.1 建立分段式护壁、桩土相互作用有限元模型
• 2.4.1.1 建模思路和几何尺寸
• 2.4.1.2 选取参数和选定单元
• 2.4.1.3 建立有限元模型
• 2.4.1.4 设置边界条件和施加荷载运算
• 2.4.2 竖向荷载作用下桩、护壁、土体荷载传递规律
• 2.4.3 桩侧、桩端、分段式护壁内外侧阻力特征
• 2.4.4 桩、分段式护壁、土体的沉降特征
• 2.5 竖向荷载作用下分段式护壁的作用效应分析
• 2.5.1 分段式护壁对竖向荷载的传递机理和规律
• 2.5.2 分段式护壁对沉降的影响规律
• 2.6 本章小结
• 第三章 竖向荷载作用下分段式护壁的承载力贡献研究
• 3.1 引言
• 3.2 分段式护壁结构改变桩竖向承载力的力学机制
• 3.3 护壁结构对桩竖向承载力贡献的计算方法
• 3.3.1 按承载力控制时的计算方法
• 3.3.2 按沉降控制时的计算方法
• 3.3.3 分段式护壁结构对承载力贡献度的统一量化公式
• 3.4 考虑分段式护壁结构对桩竖向承载力贡献的基桩设计
• 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