上拔荷載作用下樁-桶基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力數(shù)值分析.pdf

1、地球表面面積的70.8％是海洋，海洋蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣以及其它礦產(chǎn)資源，能為人類(lèi)提供大量的生存資源。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們能夠有機(jī)會(huì)從陸地向海岸，甚至向遠(yuǎn)海、深海進(jìn)軍，開(kāi)采海洋資源，以滿足人類(lèi)不斷增長(zhǎng)的生存和生活需要。 在進(jìn)行海洋開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，首先面臨的是海洋建筑物的建造，而一切建筑物都要建立在合適的基礎(chǔ)之上。本文所研究之樁-桶基礎(chǔ)是一種新型的海洋工程基礎(chǔ)，目前正處于理論研究和試驗(yàn)分析階段，本文主要研究的是樁-桶基礎(chǔ)在上拔

2、荷載作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，首先采用室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行分析，接著運(yùn)用ABAQUS有限元數(shù)值模擬進(jìn)行分析，進(jìn)行對(duì)比分析后對(duì)樁-桶基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)進(jìn)行分析。 首先分析了本課題研究的脈絡(luò)，從樁基礎(chǔ)工作性能、桶型基礎(chǔ)工作性能及樁-桶基礎(chǔ)上拔時(shí)地基土體的受力特性這些已有科研成果出發(fā)，尋求本文研究的著入點(diǎn)。 然后設(shè)計(jì)了測(cè)量上拔荷載作用下的樁-桶基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)變形的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)流程，對(duì)試驗(yàn)原理進(jìn)行介紹，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。通過(guò)分

3、析可知隨著上拔荷載的增加，樁一桶基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形隨之增加，上拔荷載達(dá)到極限時(shí)，基礎(chǔ)應(yīng)力及變形也達(dá)到最大；土體破壞后，樁-桶結(jié)構(gòu)各部分的受力趨于穩(wěn)定；桶結(jié)構(gòu)和樁結(jié)構(gòu)從上到下，所受應(yīng)力逐漸減小；桶頂結(jié)構(gòu)在上拔過(guò)程中體現(xiàn)固支梁的效果；桶頂遠(yuǎn)樁邊緣和桶壁上部的連接屬于固接；上拔過(guò)程中，桶底和樁底會(huì)出現(xiàn)空腔，對(duì)桶底部結(jié)構(gòu)和樁底部結(jié)構(gòu)受力有減小的影響，對(duì)桶的減小影響比對(duì)樁的要小，由于空腔導(dǎo)致摩擦力減小，桶底結(jié)構(gòu)應(yīng)力較最大應(yīng)力減小8.6％；樁底結(jié)構(gòu)

4、應(yīng)力較最大應(yīng)力減小13.5％；樁和桶的結(jié)合部位在上拔過(guò)程中應(yīng)力最大，達(dá)到3MPa，左右，上拔荷載往下傳遞時(shí)在該處進(jìn)行再分配；桶頂邊緣處在上拔過(guò)程中應(yīng)力也較大，達(dá)到3MPa左右，樁-桶基礎(chǔ)上拔過(guò)程中，該處土體產(chǎn)生剪切破壞。 接著運(yùn)用ABAQUS軟件建立樁-桶基礎(chǔ)的數(shù)值模型，并進(jìn)行分析和后處理，通過(guò)對(duì)模型10個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力曲線的分析，知道從第1級(jí)荷載步到第9級(jí)荷載步，主要由樁來(lái)抵抗上拔荷載的作用，樁體結(jié)構(gòu)每荷載步的應(yīng)力增長(zhǎng)量是其最大應(yīng)

5、力值的11.0％，桶體結(jié)構(gòu)每荷載步的應(yīng)力增長(zhǎng)量是其最大應(yīng)力值的1.0％；第9級(jí)荷載步之后，主要由桶結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗上拔荷載的作用，桶體結(jié)構(gòu)每荷載步的應(yīng)力增長(zhǎng)量增加為其最大應(yīng)力值的10.0％，樁體結(jié)構(gòu)每荷載步的應(yīng)力增長(zhǎng)量減小為其最大應(yīng)力值的1.0％。樁-桶結(jié)構(gòu)較單樁結(jié)構(gòu)能增加抵抗上拔荷載的能力得到體現(xiàn)。將數(shù)值模擬所得結(jié)論與室內(nèi)模型試驗(yàn)所得結(jié)論進(jìn)行對(duì)比分析，兩者基本一致，這就驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可行性。 然后運(yùn)用ABAQUS軟件分析不同尺

6、寸的樁-桶基礎(chǔ)在上拔荷載作用下的不同的受力特性，通過(guò)分析可知，達(dá)到破壞荷載時(shí)，地基土體的破壞曲線是倒錐形曲線，且曲線起始點(diǎn)不是從樁的端部開(kāi)始，而是在樁端部以上樁土摩擦力最大處開(kāi)始，經(jīng)桶的底部，到地表面，形成倒錐形曲線，可推斷，土體的破壞面為倒錐形曲面；在桶外側(cè)和樁周?chē)x基礎(chǔ)軸心由近到遠(yuǎn)的過(guò)程中，土體應(yīng)力出現(xiàn)二次曲線級(jí)的減小。在摩擦力達(dá)到最大時(shí)，離桶側(cè)表面為0.5R(R=桶半徑)處的應(yīng)力較桶側(cè)表面應(yīng)力減小11.3％：樁底部離樁表面為3r(

7、r=樁半徑)處應(yīng)力較樁側(cè)表面應(yīng)力減小19.5％；桶半徑的變化對(duì)抗拔承載力影響最大，入土樁長(zhǎng)的變化對(duì)抗拔承載力影響其次，桶壁高的變化對(duì)抗拔承載力影響最??；各尺寸結(jié)構(gòu)在達(dá)到最大上拔位移時(shí)，地基土體的影響范圍各不相同，影響土體橫向范圍的主要是桶的半徑，其次是入土樁長(zhǎng)，最后是桶壁高；影響土體縱向范圍的主要是入土樁長(zhǎng)，其次是桶壁高，最后是桶的半徑。 最后對(duì)樁-桶基礎(chǔ)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，提出了樁-桶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的基本步驟。為了充分發(fā)揮樁-桶基礎(chǔ)的樁