階梯型變截面樁變形及承載特性研究.pdf

1、近年隨著橋梁工程的迅速發(fā)展，橋梁工程對(duì)樁基礎(chǔ)提出了更高的要求，如何通過樁基礎(chǔ)的技術(shù)和理論創(chuàng)新，發(fā)展與完善新的結(jié)構(gòu)形式樁基，并滿足工程上高質(zhì)量、快進(jìn)度和低造價(jià)的嚴(yán)格要求，是工程技術(shù)人員共同面臨樁基礎(chǔ)領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)。階梯型變截面樁是基樁結(jié)構(gòu)形式的一種，其設(shè)計(jì)計(jì)算理論滯后于工程實(shí)踐，近年不斷的工程實(shí)踐證明該類型樁受力更合理、更經(jīng)濟(jì)，其發(fā)展應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和技術(shù)優(yōu)勢，但對(duì)該類型樁基礎(chǔ)的變形及承載特性和計(jì)算理論的研究尚不系統(tǒng)、不完善，因此開展

2、階梯型變截面樁變形及承載特性的試驗(yàn)和理論研究具有重要意義。本文采用試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬和程序研發(fā)相結(jié)合的研究方法，對(duì)階梯型變截面樁的變形及承載特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 ①通過大型模型試驗(yàn)，獲得豎向靜載荷作用下，四種變截面比的階梯型變截面樁樁身變形、受力特性，樁頂P-S曲線、樁身側(cè)摩阻力分布曲線和樁端及其變截面處樁土相互作用曲線，在此基礎(chǔ)上獲得階梯型變截面樁單位體積承載力、承載力

3、比率與變截面比關(guān)系。結(jié)果表明，不同變截面比階梯型變截面樁豎向呈現(xiàn)不同變形和承載特性，隨變截面比增加，單位體積混凝土承載的豎向承載力先增加后減小，不同承載力確定標(biāo)準(zhǔn)情況下階梯型變截面樁極限承載力與等截面樁極限承載力的比率與變截面比的大小相關(guān)性十分明顯，變截面比過小，豎向極限承載力損失明顯，階梯型變截面樁存在最優(yōu)變截面比，其值為0.8左右。
　　 ②通過大型模型試驗(yàn)，獲得橫向靜載荷作用下，四種不同變截面位置的階梯型變截面樁樁身拉壓應(yīng)

4、變曲線、樁頂水平荷載位移曲線、樁頂水平荷載轉(zhuǎn)角曲線，并在此基礎(chǔ)上獲得樁身彎矩分配圖。結(jié)果表明，不同變截面位置階梯型變截面樁樁身呈現(xiàn)不同變形特征，從總體受力看，變截面以上大直徑段受力大，變截面以下小直徑段受力小，階梯型變截面樁受力比直樁合理。階梯型變截面樁存在最優(yōu)變截面位置，其值為占整個(gè)樁長的46.7％左右。
　　 ③通過Flac3D軟件建立了4個(gè)不同變截面比和5個(gè)不同變截面位置的階梯型變截面樁數(shù)值分析模型，分析了豎向和橫向荷載作

5、用下的應(yīng)力場、位移場分布特性，樁身變形曲線，樁頂荷載位移、轉(zhuǎn)角曲線，補(bǔ)充完善并驗(yàn)證了模型試驗(yàn)的結(jié)論。結(jié)果表明，階梯型變截面樁變截面比和變截面位置不同，位移場和應(yīng)力場的分布形式存在一定的差異，但是當(dāng)變截面比大于0.8時(shí)變截面比對(duì)位移場和應(yīng)力場的分布影響較小；當(dāng)變截面位置小于46.7％樁長時(shí)，橫向荷載作用下的位移場和應(yīng)力場受變截面位置的影響顯著，但沿樁身范圍的影響深度有限。
　　 ④)建立了基于臨界狀態(tài)假設(shè)的豎向荷載作用下，階梯型變

6、截面樁的容許承載力和容許沉降的計(jì)算理論，并編制計(jì)算程序，通過算例驗(yàn)證了算法正確性和程序的可通用性。
　　 ⑤分析總結(jié)了基于結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性樁理論的橫向荷載作用下的理論計(jì)算方法，通過理論計(jì)算得出了5種不同變截面位置的階梯型變截面樁分別在不同樁頂荷載邊界條件下，水平受荷情況下的樁身彎矩、剪力和變形曲線，并與模型試驗(yàn)、數(shù)值分析進(jìn)行了對(duì)比分析，均具有較好的一致性，同時(shí)將方法程序化，為進(jìn)一步開展階梯型變截面樁承載和變形特性創(chuàng)造了有利條件。<

7、br>　　 ⑥基于應(yīng)變能原理，建立了變截面群樁基礎(chǔ)的等效剛度表達(dá)式、樁基等效寬度計(jì)算公式，并在此基礎(chǔ)上建立了變截面群樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
　　 ⑦借用Flac3D軟件和理論分析方法，從施工和力學(xué)角度分析了變截面樁適應(yīng)性條件和影響因素，施工因素和力學(xué)分析分別構(gòu)成階梯型變截面樁適用性充分、必要條件。樁土接觸面剪切剛度大于臨界值時(shí)，隨剛度增加其對(duì)樁頂沉降的影響越來越小，樁土剪切模量比大于5倍時(shí)，剪切模量比增加對(duì)樁頂沉降影響較??；橫