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扩底桩抗拔承载力的分析

作　者: 王维金
导　师: 蒯行成
学　校: 湖南大学
专　业: 工程力学
关键词: 扩底桩上拔荷载 Q-S曲线极限承载力桩土相互作用有限单元法
分类号: TU473.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 99次
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内容摘要

扩底桩是一种异型桩,是在原有等截面钻孔灌注桩的基础上,在桩身底部通过专用设备形成“扩大头”,因而称之为“扩底灌注桩”。扩底桩的扩大头把一部分桩身摩阻力转化为端阻力,从而提高了抗拔承载力。由于它具有抗拔性能好的优点,近年来,在工程中,尤其是输电线路和地下结构中得到了比较广泛的应用。目前,对扩底桩的理论研究还未跟上应用水平,扩底桩的承载能力只有通过现场荷载试验才能确定。但是试验不仅花费时间长、耗资巨大、代表性差,而且很难测出完整的Q-s曲线。因此有必要对扩底桩的承载性状进行探讨,提出更为合理的确定扩底桩承载力的数值模拟方法。本文选用了ANSYS数值计算软件建立了扩底桩桩土相互作用模型,对扩底桩的受力性状进行了深入细致的探讨和分析。研究的主要内容有：(1)采用平面有限元方法,利用通用有限元软件ANSYS建立轴对称分析模型,桩-土之间设置接触单元模拟桩-土的分离与滑动,考虑土体初始地应力与大变形,模拟桩在上拔荷载作用下的工作机理。(2)扩底桩抗拔机理、荷载传递规律以及土体变形破坏机理进行了分析,得到了其极限承载力并与目前世界上一些国家输电线路杆塔基础设计规范中仍普遍采用的“土重法”计算理论进行比较。并在此基础上探讨了影响扩底桩抗拔极限承载力的主要因素以及不同土层的情况下,扩底桩的抗拔机理。(3)采用三维有限元方法,桩-土间设置接触,研究扩底桩在复杂受载工况下的承载力。讨论了复杂工况下扩底桩的承载机理以及水平荷载对竖向受荷扩底桩承载力的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题提出  10
  1.2 课题研究背景与意义  10-11
  1.3 本课题的研究现状  11-13
  1.4 扩底桩的扩底构造和分析  13-15
  1.5 扩底桩的特点及施工工艺  15-16
    1.5.1 扩底桩与普通钻孔灌注桩的比较  15
    1.5.2 扩底桩的施工工艺  15-16
  1.6 本文的主要内容  16-17
第2章扩底桩抗拔承载机理与计算方法探讨  17-28
  2.1 前言  17
  2.2 扩底桩的抗拔承载机理  17-18
  2.3 扩底桩抗拔承载力的计算公式  18-24
    2.3.1 基本计算公式  18
    2.3.2 我国《建筑桩基技术规范》中的计算公式  18-19
    2.3.3 摩擦圆柱法  19-20
    2.3.4 圆柱面剪切法  20-21
    2.3.5 工程兵学院公式  21
    2.3.6 土重法  21-24
  2.4 荷载传递的理论分析方法  24-27
    2.4.1 荷载传递法  24-25
      2.4.1.1 解析法  24
      2.4.1.2 位移协调法  24-25
    2.4.2 基于Mindlin解的弹性理论法  25-26
    2.4.3 剪切位移法  26-27
    2.4.4 有限单元法  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章扩底桩抗拔承载力的有限元分析  28-44
  3.1 前言  28
  3.2 土体塑性本构关系  28-32
    3.2.1 常用的土体弹塑性本构关系  30
    3.2.2 Drucker-Prager模型  30-32
  3.3 接触行为  32-34
  3.4 方程组求解方式的选择  34-35
  3.5 扩底桩上拔的有限元模拟  35-38
    3.5.1 基本假设与边界条件  35
    3.5.2 模型的建立  35-36
    3.5.3 初始地应力的模拟  36-37
    3.5.4 扩底桩上拔行为的模拟  37-38
  3.6 有限元计算结果分析  38-43
    3.6.1 极限承载力的确定及与土重法比较  38-40
    3.6.2 荷载传递规律分析  40-41
    3.6.3 桩周土体变形及其塑性区的发展规律  41-43
  3.7 本章小结  43-44
第4章扩底桩抗拔承载力影响因素的研究  44-56
  4.1 概述  44
  4.2 扩底桩构造对抗拔承载力的影响  44-47
    4.2.1 桩长H的影响  44-45
    4.2.2 扩大头直径D的影响  45
    4.2.3 扩大头平底高h_2的影响  45-46
    4.2.4 扩底边锥角θ的影响  46-47
  4.3 材料参数对抗拔承载力的影响  47-49
    4.3.1 扩底桩弹性模量E_p的影响  47-48
    4.3.2 土体凝聚力c和内摩擦角φ的影响  48-49
  4.4 不同土层对扩底桩抗拔承载性能的影响  49-55
    4.4.1 模型的建立  49
    4.4.2 计算结果分析  49-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章三维扩底桩的有限元分析  56-66
  5.1 引言  56
  5.2 扩底桩分析模型  56-58
  5.3 结果分析  58-60
  5.4 水平荷载作用下的扩底桩承载机理  60-63
  5.5 水平荷载对竖向受荷扩底桩的极限承载力的影响  63-65
  5.6 本章小结  65-66
总结与展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  73

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