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现浇混凝土薄壁管桩负摩阻力特性试验研究与分析

2020-11-22阅读(203)

现浇混凝土薄壁管桩负摩阻力特性试验研究与分析

论文摘要

振动沉摸大直径现浇混凝土薄壁管桩(以下简称PCC桩)是河海大学岩土工程研究所刘汉龙教授等自主开发研制的新型桩基技术，已通过江苏省科技厅组织的专家鉴定，并获得了国家专利。该技术是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型，具有较大的推广应用价值。 任何技术都是理论落后于实践，设计理论的滞后制约了该新技术的推广。负摩阻力是桩基工程研究的热点，在工程中存在较大的隐患。以往对PCC桩的研究尚未考虑负摩阻力。本文在前人工作的基础上，通过室内试验、理论分析、数值分析等手段，对PCC桩的负摩阻力问题进行了探讨，指出PCC桩的优越性，并通过在实际工程中的应用情况，说明其经济性。本文的主要工作有： (1) 自行研制出了一套室内模型试验装置对PCC桩进行试验研究。主要对单桩以及单桩复合地基进行荷载沉降试验，对桩身应变变化、桩侧土压力等一些参数进行试验研究，以了解该桩的荷载传递等工作特点，同时开展了单桩负摩阻力试验。 (2) 由于PCC桩存在桩芯土，而桩芯土的工作性状将对PCC桩产生很大影响，以往对桩芯土缺乏细致的研究，因此本文在上述模型试验的基础上对桩芯土的工作性状作了进一步研究，对PCC桩自身的特点有更深刻的认识。 (3) 对PCC桩的负摩阻力传递机理进行探讨，得出其在负摩阻力作用下的弹性微分方程，指出了桩侧负摩阻力的实质是桩周土的剪切变形。 (4) 在太沙基一维固结理论基础上，利用有限差分法建立了负摩阻力作用下PCC桩的沉降迭代计算公式。计算结果表明该方法的正确性，可以为PCC桩或其他相似的管桩的负摩阻力沉降问题所参考。 (5) 利用基本弹性微分方程给出了桩土相对位移的表达式，并在此基础上建立起PCC桩负摩阻力的简化计算公式，分析表明PCC桩内部不产生负摩阻力。该方法力学模型简化合理，所需要的计算参数较少，便于工程应用。 (6) 指出了目前有效应力法计算负摩阻力中忽略粘聚力c的不足，在上述计算负摩阻力最大值时考虑了粘聚力，并通过计算验证了其合理性。 (7) 结合PCC桩在盐通高速公路中的现场试验，对PCC桩的现场试验研究作

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 第一节 桩基工程研究现状
  • 1.1 桩基工程在我国的发展简况
  • 1.2 桩土体系的荷载传递机理
  • 第二节 新型PCC桩的介绍
  • 2.1 PCC桩的研发
  • 2.2 PCC桩技术设备及原理
  • 2.3 PCC桩的适用范围
  • 2.4 PCC桩复合地基的设计与检测
  • 2.5 PCC桩的技术优点
  • 2.6 PCC桩研究现状以及存在的问题
  • 第三节 PCC负摩阻力问题的提出
  • 3.1 负摩阻力研究的意义
  • 3.2 负摩阻力产生的条件
  • 第四节 负摩阻力研究现状
  • 4.1 中性点研究
  • 4.2 下拉荷载研究
  • 4.3 负摩擦力计算方法
  • 4.4 负摩阻力作用下桩基沉降计算
  • 4.5 管桩负摩阻力研究现状
  • 4.6 负摩阻力研究中存在的问题
  • 第五节 本文的主要工作
  • 第二章 PCC桩室内模型试验研究
  • 第一节 试验目的及技术路线
  • 1.1 负摩阻力试验
  • 1.2 单桩室内模型试验
  • 1.3 单桩复合地基试验
  • 1.4 关于相似性的说明
  • 第二节 PCC单桩负摩阻力试验
  • 2.1 试验用土
  • 2.2 试验桩制作
  • 2.3 试验加载系统
  • 2.4 试验量测系统
  • 2.5 试验准备
  • 2.6 试验结果分析
  • 第三节 室内普通试验
  • 3.1 试验准备
  • 3.2 单桩试验结果分析
  • 3.3 单桩复合地基试验
  • 第四节 PCC桩荷载沉降数值模拟
  • 4.1 单桩荷载传递迭代模型的建立
  • 4.2 迭代计算方法
  • 4.3 试验及工程实例验证
  • 第五节 本章小结
  • 第三章 PCC桩负摩阻力性状分析
  • 第一节 桩侧负摩阻力实质
  • 1.1 桩侧摩阻力实质
  • 1.2 桩土接触面的力学特征
  • 1.3 负摩阻力实质
  • 第二节 负摩阻力产生的机理
  • 2.1 均布荷载下土体中的剪应力
  • 2.2 负摩擦区的范围
  • 2.3 承受负摩阻力桩的主要工作特征
  • 2.4 负摩阻力设计要求
  • 第三节 PCC桩与其他桩负摩阻力差异
  • 第四节 PCC桩芯土（土塞）性状分析及负摩阻传递
  • 4.1 管桩土塞研究
  • 4.2 PCC桩芯土研究
  • 4.3 PCC桩闭塞效应探讨
  • 4.4 内摩阻力发挥方式
  • 第五节 PCC桩内摩阻力分析
  • 5.1 Adina程序简介
  • 5.2 程序组成及功能
  • 5.3 材料的本构模型介绍
  • 5.4 有限元计算模型的建立
  • 5.4.1 桩与土体的单元以及材料特性
  • 5.4.2 接触面特性
  • 5.4.3 几何模型的建立
  • 5.4.4 结果后处理
  • 5.4.5 与实心桩对比
  • 第六节 本章小结
  • 第四章 PCC桩负摩阻力计算
  • 第一节 现有负摩阻力计算方法
  • 第二节 决定负摩阻力的根本因素
  • 第三节 桩土相对位移探讨
  • 3.1 相对位移的简化计算
  • 3.2 负摩阻力最大值深度的确定
  • 3.3 室内模型试验验证
  • 第四节 中性点位置及负摩阻力的简化计算
  • 4.1 中性点位置计算
  • 4.2 负摩阻力简化计算
  • 4.2.1 负摩阻力分布推导
  • 4.2.2 算例对比分析
  • 4.3 对最大负摩阻力的探讨
  • 第五节 本章小结
  • 第五章 负摩阻力作用下PCC桩沉降计算
  • 第一节 堆载作用下地基土的沉降计算
  • 第二节 PCC单桩负摩阻力模型
  • 2.1 桩体弹性微分方程
  • 2.2 考虑内摩阻力微分方程推导
  • 第三节 桩身位移的数值计算
  • 3.1 有限差分原理
  • 3.2 微分方程离散
  • 3.3 微分方程求解
  • 3.4 土塞内摩阻力探讨
  • 3.5 计算方法的程序实现
  • 第四节 计算算例分析
  • 4.1 计算所用参数
  • 4.2 计算结果分析
  • 第五节 负摩阻作用下PCC桩沉降有限元模拟
  • 5.1 计算模型的建立
  • 5.2 模型求解及结果分析
  • 第六节 本章小结
  • 第六章 PCC桩工程应用与分析
  • 第一节 盐通高速公路现场试验研究
  • 1.1 工程背景
  • 1.2 工程地质条件
  • 1.3 PCC桩桩身检测
  • 1.4 单桩及单桩复合地基试验土压力测试
  • 1.4.1 仪器埋设
  • 1.4.2 试验结果分析
  • 第二节 考虑负摩阻力的沉降分析
  • 2.1 沉降监测结果
  • 2.2 计算参数
  • 2.3 计算结果分析
  • 2.4 中性点位置的确定
  • 第三节 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  • 7.1 本文的主要工作
  • 7.2 本文的主要创新
  • 7.3 存在的问题以及建议
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A：攻读博士期间发表的与论文相关的主要论文
  • 附录B：攻读博士期间参加的科研项目
  • 附录C：攻读博士期间参加的主要学术会议
  • 附录D：攻读博士期间获得的奖励

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