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辽沈地区预应力高强混凝土（PHC）管桩受力性能分析

作　者: 崔东东
导　师: 吴献
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 结构工程
关键词: 预应力高强混凝土管桩桩侧摩阻力桩端阻力土塞效应土塞长度 FLAC3D
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

预应力高强混凝土管桩由于其具有单桩竖向承载力高、沉桩质量可靠、环境污染小等优点,近年来在辽沈地区应用得越来越广泛。对于桩基础,由于各地区的地质土层情况不同,则其单桩竖向承载力的确定会有所不同,确定适合本地区的单桩竖向承载力的确定方法对于预应力高强混凝土管桩在本地区的推广应用有着重要意义。本文采用数值模拟软件FLAC3D对本地区的预应力高强混凝土管桩的受力机理进行数值模拟,并与桩基静载试验结果对比,分析其受力机理,荷载的传递,桩侧摩阻力与桩端阻力在荷载作用下的发挥情况等。对于开口的预应力高强混凝土管桩,分析了土塞效应对其单桩竖向承载力的影响,并且通过分析土塞效应的影响因素—桩长、桩径、桩端土体性质、士塞长度,确定土塞效应对开口桩单桩竖向承载力的影响系数a。通过对预应力高强混凝土管桩承载机理的数值模拟结果分析,可以发现,采用FLAC3D能够较好地模拟预应力高强混凝土管桩的单桩竖向承载力,得出的荷载-沉降曲线与桩基静载试验结果相差很小。通过对桩侧摩阻力与桩端阻力的分析,可知桩侧摩阻力并不是随着桩顶荷载的增大而一直增大的,当桩顶荷载达到单桩竖向极限承载力时,桩侧摩阻力将随着桩顶荷载的增大略有减小；而对于桩端阻力,在桩顶荷载达到单桩竖向极限承载力之前,桩端阻力随荷载的变化很小,桩顶荷载达到单桩竖向极限承载力后,桩端阻力开始急剧增大。通过分析土塞效应对开口预应力高强混凝土管桩的单桩竖向承载力的影响,可知土塞效应对摩擦型桩的影响较大,对端承桩的影响很小,并且桩端土体强度越大,土塞效应对单桩竖向承载力的影响越小。对本地区采用经验公式法,根据土的物理指标及承载力参数之间的关系确定管桩的单桩竖向承载力特征值的计算公式进行了修正：当桩端土体为强度较大的砂土或基岩时,仍按辽宁省地方标准的规定进行计算；当桩端持力层土体为黏性土或粉土时,对公式中桩侧摩阻力的计算乘以土塞效应影响系数α,α根据桩端土体的性质在0.7-0.9之间取值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-22
  1.1 概述  12
  1.2 预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)简介  12
  1.3 PHC管桩的特点  12-14
    1.3.1 PHC管桩的优点  12-13
    1.3.2 PHC管桩的缺点  13-14
  1.4 PHC管桩的发展与应用  14-15
  1.5 PHC管桩的国内外研究现状  15-20
    1.5.1 PHC管桩单桩竖向承载力的确定  15-17
    1.5.2 PHC管桩承载力特性的试验研究和数值模拟  17-20
  1.6 本文的主要研究内容  20-22
第二章 PHC管桩单桩竖向受力性状  22-34
  2.1 单桩竖向荷载的传递  22-29
    2.1.1 桩的荷载传递机理  22
    2.1.2 桩身轴力及截面位移  22-23
    2.1.3 桩侧摩阻力与桩端阻力  23-26
    2.1.4 桩侧负摩阻力  26-29
  2.2 桩的破坏模式  29-30
  2.3 桩的荷载与沉降的关系  30-32
  2.4 开口桩的极限承载力  32
  2.5 预制桩的沉桩机理  32-34
    2.5.1 黏性土中的沉桩特性  33
    2.5.2 砂土中的沉桩特性  33-34
第三章 PHC管桩单桩竖向承载力数值模拟  34-56
  3.1 FLAC3D数值模拟软件简介  34
    3.1.1 FLAC3D的应用特征  34
    3.1.2 FLAC3D的计算特征  34
  3.2 FLAC3D数值模拟  34-44
    3.2.1 模拟内容  35-36
    3.2.2 建立FLAC3D模型  36-41
    3.2.3 指定材料模型及材料特性  41-42
    3.2.4 施加边界条件与初始条件  42
    3.2.5 设置接触面  42-43
    3.2.6 初始地应力场的生成  43
    3.2.7 设置桩体及初始平衡  43-44
    3.2.8 加载  44
  3.3 PHC管桩数值模拟结果与单桩静载试验结果对比  44-46
    3.3.1 抚顺地区PHC管桩单桩竖向承载力数值模拟结果与静载试验结果对比  44-45
    3.3.2 营口地区PHC管桩单桩竖向承载力数值模拟结果与静载试验结果对比  45-46
  3.4 PHC管桩单桩竖向承载力的确定  46
  3.5 土塞效应对单桩竖向承载力的影响的研究  46-50
    3.5.1 开口桩的土塞效应  46
    3.5.2 土塞效应的影响因素  46-49
    3.5.3 土塞效应影响因素分析  49-50
  3.6 PHC管桩桩端阻力与桩侧摩阻力的研究  50-54
    3.6.1 闭口PHC管桩桩侧摩阻力与桩端阻力的变化规律  50-51
    3.6.2 开口PHC管桩桩侧摩阻力与桩端阻力的变化规律  51-53
    3.6.3 PHC管桩桩侧摩阻力与桩端阻力的变化规律分析  53-54
  3.7 本章小结  54-56
第四章 PHC管桩单桩竖向承载力特征值经验参数法计算公式的修正  56-64
  4.1 规范中的经验参数法计算方法  56-57
    4.1.1 行业标准  56
    4.1.2 地方标准  56-57
    4.1.3 规范对比  57
  4.2 土塞效应对单桩竖向承载力的影响  57-61
    4.2.1 土塞效应对沈阳沈北地区开口PHC管桩的影响  57-59
    4.2.2 土塞效应对抚顺地区开口PHC管桩的影响  59-60
    4.2.3 土塞效应对营口地区开口PHC管桩的影响  60-61
    4.2.4 结果分析  61
  4.3 土芯率对开口PHC管桩单桩竖向极限承载力的影响  61-62
  4.4 经验公式的修正  62
  4.5 本章小结  62-64
第五章结论  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-68
作者简介  68
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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