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水平受荷嵌岩桩的静载试验研究及有限元分析

作　者: 李琨
导　师: 白晓红
学　校: 太原理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 嵌岩桩 水平荷载 有限元
分类号: TU473.16
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 44次
引　用: 4次
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内容摘要


嵌岩桩由于其高承载力、低沉降等特点,作为桥梁、高层建筑等建(构)筑物的基础形式在我国20世纪90年代以来得到广泛应用,特别是以承受水平荷载为主的嵌岩桩在工程中应用越来越广泛,但对其工程性状的研究仍较少。因此,嵌岩桩的水平承载性状一直是工程和学术界比较关注的问题。由于嵌岩桩桩-土-岩体系相互作用的复杂性,通过桩基的试验来考察桩的承载特性依然是非常重要的手段。本文首先通过对埋设元件的4根嵌岩桩进行水平静载试验,获得数据并经过处理,得到了水平力-桩顶位移曲线、水平力-位移梯度曲线、各级水平荷载下桩身内部钢筋的应力图、桩身的弯矩图,并得到了单桩的临界荷载。其次,本文通过MIDAS有限元分析软件对水平受荷嵌岩桩进行了三维有限元模拟,数值模拟分析中考虑了嵌岩桩与土体的接触特性,使其能够更好地反映水平受荷桩的实际工作性状。比较有限元计算结果与实测数据,其吻合较好,说明所建立的三维有限元模型是有效、可靠的。在此有限元模型的基础上,探讨了桩身模量、桩径、嵌岩深度、土层性质、岩石弹性模量对嵌岩桩水平承载力及桩身水平变形的影响。通过分析得到:桩身弹性模量对嵌岩桩的水平承载力有一定的影响,增大桩身弹性模量有利于提高嵌岩桩的水平承载力;桩径对嵌岩桩水平承载力的影响虽然很大,增大桩径可以提高嵌岩桩的水平承载力,但有一定的极限;水平受荷嵌岩桩的嵌岩深度也存在一个最佳值,最佳嵌岩深度大约为3倍桩径;土体的模量对嵌岩桩的承载力也有影响,土体弹性模量越大,在相同荷载作用下桩顶的水平位移越小。同时,当地基土分层时,上层土相对于下层土较软弱时,对嵌岩桩的水平承载不利;基岩弹性模量对嵌岩桩的水平承载力同样存在影响,增大基岩强度,桩顶水平位移变小。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-22
  1.1 概述  9-14
    1.1.1 桩基的作用  9
    1.1.2 桩基的发展  9-11
    1.1.3 桩基的分类  11-14
  1.2 水平承载桩计算方法的发展和现状  14-16
  1.3 水平承载桩计算方法的分类及评述  16-20
    1.3.1 弹性理论法  16-17
    1.3.2 地基反力法  17-18
    1.3.3 数值分析法  18-20
  1.4 嵌岩桩简介  20
  1.5 本文研究的内容和意义  20-22
    1.5.1 本文所做的工作  20-21
    1.5.2 本文研究的意义  21-22
第二章 嵌岩桩的水平静载试验  22-37
  2.1 引言  22
  2.2 试验的目的  22
  2.3 现场试验  22-29
    2.3.1 工程概况  23
    2.3.2 试验的内容  23-24
    2.3.3 试验设备  24-28
    2.3.4 试验方法  28-29
  2.4 试验数据整理  29-36
    2.4.1 试验数据处理  29
    2.4.2 试验结果及分析  29-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 水平受荷嵌岩桩有限元模型的建立  37-50
  3.1 引言  37-41
    3.1.1 有限元的发展概况  37-38
    3.1.2 有限元软件MIDAS/GTS 简介  38-41
      （1） MIDAS/GTS 的优点和特点  38
      （2） MIDAS/GTS 的分析功能  38-40
      （3） GTS 的操作流程  40-41
  3.2 有限元分析模型的建立  41-50
    3.2.1 基本假设  41
    3.2.2 几何模型的建立  41-42
    3.2.3 材料模型  42-44
    3.2.4 参数说明  44-47
    3.2.5 网格的划分  47-48
    3.2.6 接触界面模拟  48-49
    3.2.7 边界条件  49-50
第四章 有限元结果及分析  50-63
  4.1 模型校准  50-51
  4.2 数值模拟所得到的结果  51-54
    4.2.1 桩的荷载-桩顶水平位移曲线  51
    4.2.2 桩身水平位移  51-53
    4.2.3 桩身应力  53-54
  4.3 桩土参数对水平承载嵌岩桩性能影响的数值模拟  54-61
    4.3.1 桩身弹性模量对水平承载性状的影响  54-56
    4.3.2 桩径对水平承载性状的影响  56-57
    4.3.3 嵌岩深度对水平承载性状的影响  57-58
    4.3.4 土层性质对水平承载性状的影响  58-60
    4.3.5 基岩弹性模量对嵌岩桩水平承载性状的影响  60-61
  4.4 本章小结  61-63
第五章 结论与展望  63-65
  5.1 本文研究成果  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表的学术论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 桩基及深基础 > 桩基 > 桩基测试
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