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湖淤软基单桩竖向极限承载力预测与分析

作　者: 管锡琨
导　师: 孙全胜
学　校: 东北林业大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 湖淤软基 单桩 承载力预测 有限元 灰色理论
分类号: TU473.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 36次
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内容摘要


随着经济的飞速发展,大跨桥梁取得了长足的进步,其基础形式也是不断更新换代。但桩基础的工程造价较高,通常达到工程总造价的1/4以上,所以桩基础既要保证桥梁的安全、稳定,又要充分发挥桩基的技术经济效益。因此单桩极限承载力是桩基设计中的关键技术问题。然而目前对湖淤软基单桩竖向承载力的研究工作很少,而且湖泊淤泥地质条件复杂,通过承载力试验无法直接得到单桩竖向承载力,需要在承载力试验的基础上运用数值分析的方法对有限的数据建模处理,最终预测得到单桩极限承载力。本文西湖岫子特大桥工程为研究背景,对湖淤软基大直径桩的竖向极限承载力进行了预测与分析,研究结果如下：首先,本文对国内外单桩竖向极限承载力的研究现状进行总结,探讨了单桩极限承载力的影响因素,并分析了单桩竖向荷载传递机理和特点,主要包括桩侧摩阻力的影响因素及分布、桩端阻力的影响因素及深度效应。通过承载力试验的方法研究湖淤软基地质条件下单桩的受力特性与竖向荷载传递方式,得到荷载沉降曲线,为后续的预测工作提供原始数据。其次,根据既有西湖岫子特大桥的有关技术资料,采用大型有限元通用分析软件ANSYS对该桥建立三维桩～土接触模型来模拟桩基承载力试验过程并预测其极限承载力,有限元模型得到的结果与试验实测数据规律吻合,可以为同类工程提供参考。最后,分别利用双曲线预测法,灰色系统理论及最小二乘法对湖淤软基桩基竖向承载力进行了预测,双曲线法所得结果较大,不建议使用;最小二乘法在精度要求不高的情况下可以用于桩基极限承载力的预测；全信息非等长GM(1,1)模型预测结果相对误差较大,最大达到33.43%,所以不能用于极限承载力。而自动调整非等步长GM(1,1)模型、带残差修正的非等步长GM(1,1)模型预测结果相对误差较小、精度较高,相对误差在0.36%～2.03%之间,这表明了信息的时效性。所以后两种模型可以很好的预测湖淤软基桩基承载力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 引言  8
  1.2 单桩竖向承载力概述  8-10
    1.2.1 单桩竖向承载力定义  8
    1.2.2 单桩竖向承载力研究概况  8-10
  1.3 问题的提出  10
  1.4 本文主要研究内容  10-11
2 单桩竖向承载性状与承载力预测理论  11-28
  2.1 单桩竖向荷载传递机理和特点  11-13
    2.1.1 荷载传递机理  11
    2.1.2 桩侧摩阻力的影响因素及分布  11-12
    2.1.3 桩端阻力的影响因素及深度效应  12
    2.1.4 单桩在竖向荷载作用下的破坏模式  12-13
  2.2 单桩竖向承载力影响因素  13
  2.3 单桩竖向承载力确定方法  13-18
    2.3.1 承载力试验法  14-15
    2.3.2 经验公式法  15-16
    2.3.3 静力触探法  16
    2.3.4 动测试桩法  16-17
    2.3.5 静力分析法  17-18
  2.4 单桩竖向承载力预测理论  18-27
    2.4.1 灰色系统理论  19-25
    2.4.2 双曲线法  25
    2.4.3 最小二乘法  25-27
  2.5 本章小结  27-28
3 湖淤软基单桩承载力试验  28-37
  3.1 工程概况  28
  3.2 试验桩和反力系统设计  28-29
    3.2.1 试桩设计  28-29
    3.2.2 锚桩设计  29
  3.3 试验方法  29-30
    3.3.1 加载、卸载方式  29-30
    3.3.2 终止加载条件  30
    3.3.3 单桩竖向极限承载力的确定  30
  3.4 试验结果分析  30-36
    3.4.1 桩身轴力分析  30-32
    3.4.2 桩侧摩阻力分析  32-33
    3.4.3 桩端阻力分析  33-34
    3.4.4 桩基承载能力分析  34-36
  3.5 本章小结  36-37
4 基于ANSYS的单桩承载力有限元分析  37-45
  4.1 桩～土有限元模型基本理论  37-39
    4.1.1 几何模型的基本假定  37
    4.1.2 初始地应力平衡  37
    4.1.3 土的本构模型  37-38
    4.1.4 桩与土的接触关系  38
    4.1.5 荷载及边界条件  38-39
  4.2 有限元仿真分析结果研究  39-44
    4.2.1 有限元模型的建立  39-40
    4.2.2 桩身轴力分析  40-41
    4.2.3 桩侧摩阻力分析  41-42
    4.2.4 有限元模型确定单桩极限承载力  42-44
  4.3 本章小结  44-45
5 湖淤软基单桩竖向极限承载力预测与分析  45-57
  5.1 概述  45
  5.2 双曲线预测模型  45
  5.3 灰色预测模型  45-54
    5.3.1 非等步长GM(1,1)模型的设计  45-47
    5.3.2 模型精度的检验  47-49
    5.3.3 单桩竖向极限力预测  49-54
  5.4 最小二乘法预测模型  54-55
  5.5 预测结果对比分析  55-56
  5.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-62
致谢  62-63

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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 > 桩的承载力
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