水平荷载下超长钻孔灌注群桩承载性状的研究.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流水平荷载下超长钻孔灌注群桩承载性状的研究.精品文档.水平荷载下超长钻孔灌注群桩承载性状的研究 重庆交通大学 硕士学位论文 水平荷载下超长钻孔灌注群桩承载性状研究 姓名:于大晶 申请学位级别:硕士 专业:桥梁与隧道工程 指导教师:王成 20090301 摘 要 桩基础能较好地适应各种地基条件和各种荷载情况,是我国工程建设中广泛 采用的基础形式。随着钢桩在工程实践中的应用,桩的水平承载能力越来越引起 人们的重视。特别是对水平受载群桩,由于荷载传递机理复杂,影响因素多,正 确分析群桩桩一土作用机理,为工程提供合理、可靠、实用的计算方法。这方面 研究
2、还很不足,急需更加深入、细致的研究。 本文结合西部交通建设科技项目“超长桩承载力和承载性能研究”,主要开展 了以下几方面的研究: 回顾、总结了目前水平荷载作用下单桩、群桩、以及桩一土相互作用工作 的受力机理成果和分析计算方法。 分析了群桩在水平荷载作用下模型试验数据,验证三维有限元模型的合理 性。 通过假定桩侧土抗力的新模式,选择合适的桩侧土抗力分布函数,分别推 导了桩侧土抗力的群桩折减率公式和水平地基系数的群桩折减率公式,并运用模 型试验验证群桩效率公式的正确性。 建立水平荷载作用下超长群桩与土的三维有限元模型,进行了数值分析, 计算超长群桩在水平荷载作用下,桩间距、桩身弹性模量、土体弹性模
3、量对超长 群桩承载性状的影响。 关键词:水平荷载;超长群桩;桩一土一桩相互作用;群桩效率;数值分析;荷 载传递 ABSTRACT intheconstructionofollr foundationisthefoundation used country,pile Widely andloadcasesWiththe form Callwell toa of conditions that adaptvarietyground more ofsteel in are moreand paying applicationpilesengineeringpractice,people totheh
4、orizontal ofsuch tothe attention bearingcapacity pilesDue complicated transfer factorsWearenowin needof mechanismofload and manyaffecting great and to themechanismof andsoilin meticulous plie profound studycorrectlyanalyze and the with and methodof reasonable,reliablepractical pilegroupsupplyenginee
5、ring this is inthe of under in aspectinsufficient,especiallystudypilegroup calculating,study theeffectofhorizontalIoad Inthe outthe thecombinationof thesis,Imainlycarry followingstudy谢tll constructioninwestern of Pile Bearing transport projects areasStudySuper-long andBehavior ? Capacity i of and th
6、elatestmechanismandcalculation summarizing single Reviewing andtheeffectof andsoil pile,pilegroup pile themodel datain underthehorizontalload pilegroup Analyzingexperimental finiteelementmethod and the ofmodelsinthreedimensional verifyingreasonability ofthediscountrateandthecoefficientof theformula
7、Respectivelydeducing visathenew in undertheeffectofsoilresistance horizontalfoundation pilegroup modelanddistributionfunctionofsoil thattheformulaofthe resistance,verifying discountrateiscorrect underthe thethreedimensionalfiniteelementmethodmodel Establishing effectofhorizontalloadin theeffecttothe
8、 superlongpile;calculating superlongpile theinfluenceofdistancebetween modulusof under piles,elastic pile bearingcapacity soilwiththe ofnumerical and help analysis KEYWORDS:horizontalgrouppile;pile-soilpileinteraction;group load;supePlong transfer pileefficiency;numericalanalysis;load 重庆交通大学学位论文原创性声
9、明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:寸犬 日期:丑硼年年月鬈日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本 人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以 采用影印、缩
10、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术 信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并进行信息服务 包 括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等 ,同时本人保留在其他媒体发表论 文的权利。 学位论文作者签名:寸大渤 指导教师签名 竺竺竺曼三卫竺竺 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊 光盘版 电子杂志社CN系列数据 库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 jL厶 盈。 学位论文作者签名:寸火魏 指导教师签名:占n厂眩 日期:wj年斗月g日 日期一甲月弓帅 第一章绪论 第一章绪论 11问题的提出及研究意义 桩基作为一种古老、传
11、统的基础形式,在岩土工程中被广泛采用,但用竖直 桩来承担水平荷载还是近几十年的事。随着我国工程建设事业的蓬勃发展,在高 层建筑、重型厂房、港口码头、桥梁、水闸、海上采油平台以及核电站等工程中 大量采用桩基础,桩基础已经成为我国工程建设中广为采用的一种重要基础形式。 但过去相当长的时期内,把它的功能局限于传递上部结构竖向荷载给下部地基的 作用,这是由于:一般的房屋基础,水平荷载不大,靠承台基础和基础前面的土 抗力或底部的摩阻力就足以抵抗。所以,在设计时仅考虑竖向荷载;人们往往假 定作用在桩基上的水平荷载由斜桩来承担,因而在许多大型桩基工程中经常设置 较多的斜桩,例如,桥梁桩基础、港口码头桩基础等
12、【lJ,但这种斜桩的设置给桩基 的施工带来不便和麻烦。 一 自50年代以后,高层建筑、公路和铁路上大型桥梁及大吨位码头等大型工程 的不断兴建,要求人们采用大直径的桩,以满足巨大荷载的需要。然而,设置大 直径的斜桩在施工技术上存在困难,施工机具上存在问题。同时应看到,从灌注 桩诞生以来,由于灌注桩的桩径和桩身刚度较大,桩顶和承台的嵌固条件较好, 使得竖直桩桩基的水平承载能力有较大提高【21。所以对水平荷载作用下的桩基的研 究很具意义。目前,国内外对桩基础竖直承载力的研究较多,即使有一些水平荷 载作用下桩的计算理论,也多限于单桩的承载力计算,而实际工程中的桩往往是 以群桩的形式出现的。群桩在水平力
13、作用下桩与桩之间影响因素很多,关系错综 复杂,而且群桩的原型试验要比单桩困难得多,且费用非常高。国内外在水平荷 载作用下群桩的试验资料和研究资料都相当少,在各种技术规范中也少有反映。 为了满足工程设计和施工的需要,我们必须对群桩在水平荷载作用下的工作性状 作出实际的、正确的分析,提供有效可靠的计算理论和科学依据。 12群桩水平承载力国内外研究现状 群桩基础是桩基工程中的主要基础形式,群桩基础在承受中心的或偏心的竖 向荷载外,还常常受到风力、土压力、车辆制动力和地震力等水平荷载的作用。 以往的设计常假定作用在群桩上的水平荷载由群桩中设置的斜桩来承担,竖直桩 只承担竖直荷载【l】。自从钻孔灌注桩诞
14、生以来,由于灌注桩桩径和桩身刚度较大, 桩顶嵌固条件较好,其水平承载力有较大提高【21,目前不但用它来承担较大的垂直 荷载,而且也用它来承担较大的水平荷载,扩大了桩基的使用范围,标志着桩基 的发展到了一个新的阶段。然而,到目前为止,受试验条件和数值分析技术上的 2 第一章绪论 限制,水平荷载群桩桩土共同工作的力学性状、相互作用机理及破坏规律的研究 存在不少问题有待进一步研究、探索最终得到解决。 一早在1967年,黄委会12】就对灌注桩群桩基础进行了现场试验,通过试验发 现单桩和群桩承载能力相差较大,特别是水平承载能力,后于1968年春又进行了 群桩试验,试验表明:群桩水平承载能力随桩数的增加而
15、减小,和垂直承载能力 一样,也存在一个效率系数问题。随后1976年开始在章丘庄子闸进行了小桩现场 试验,而从1979年开始,黄委会在黄河洛口对单、群桩进行大规模的现场原型试 验,得到了更为宝贵的群桩试验资料,对水平荷载群桩的工作性状和群桩效率有 了进一步的认识。 七、八十年代,国外不少学者对水平荷载群桩也作了试验研究和理论研究。 性体中的梁,用Mindlin方程计算土抗力,用有限差分法求得各种条件下由于两根 桩相互作用而引起的附加位移和转角,对水平荷载群桩进行了弹性分析,指出水 平力在群桩中个桩的分配情况,得出了一个群桩水平承载能力效率系数计算公式。 起来提出了用群桩的位移增大系数Y乘以单桩p
16、1曲线中的位移值Y来考虑群桩 法和地基土抗力理论上的方法;Holloway7】在沙土中进行了木桩现场试验,实测出 和理论分析,导得了群桩水平承载力综合效率系数;另外,Tamurat9】等人对群桩的 水平承载力进行了数值和理论分析,Reese10】也通过载荷试验和理论分析,研究了 水平荷载群桩的受力变形特性。 八、九十年代以来,国内对水平荷载群桩也进行了一些试验研究和理论分析 工作。黄委会【2j经过大量的现场原型试验,得到了群桩水平承载力与桩径、桩长、 桩距、桩数、排列和承台设置方式等因素的关系曲线,进而求得了水平承载力与 诸因素的经验关系式,测得了群桩中各排桩位移和地基系数分布规律,并了解了
17、水平荷载作用下群桩桩内弯距的分布情况,同时观测了水平荷载群桩的两种破坏 形式一整体破坏和局部破坏。谢耀辉fl】在调查研究的基础上分析了水平荷载群桩 的工作性状,并通过模型试验,对单向常规循环、多循环荷载变位规律,双桩的 p1曲线进行了试验分析,提出了把排桩中“后桩修正为单桩计算的土反力折 减系数公式。韩理安【12】【13】对弹性理论法不能考虑土的塑性性质而不很符合实际等 不足点进行了分析,在土体达极限状态时,导出了考虑群桩效应的水平承载力计 算公式。他认为,群桩效率宜只考虑桩土共同作用产生的桩与桩之间的相互影响, 第一章绪论 在此基础上再考虑其他因素的影响,引入了新的概念一群桩综合效率。周洪波
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