岩石地基上有筋扩展基础受力特性与抗剪性能分析

摘要

随着山地城市建设的发展，大荷载作用下岩石地基上的扩展基础采用越来越多，而岩石地基刚度比基础刚度大、岩石地基变形量小等特点，使得基础的基底反力和受力特性与土质地基有所不同，基础高度主要由抗剪承载能力确定。因此现行混凝土结构设计规范中关于一般板、梁类受弯构件的抗剪计算公式直接应用于岩石地基上的扩展基础的计算和设计有待研究。 本文就此问题开展了包括现场试验、数值计算和理论推导在内的分析研究，获得了关于岩石地基上有筋扩展基础的受力特性、剪切破坏模式及其影响因素，推导了其抗剪强度理论计算公式，并根据有限元数值计算和现场试验结果的回归分析，建立了岩石地基上有筋扩展基础抗剪经验公式。论文的主要工作和成果如下： ①进行了岩石地基上有筋扩展基础现场试验，测定其基底反力、基础表面混凝土应变和基础抗剪承载力极限值，并观察基础的破坏模式；运用有限元方法对岩石地基上有筋扩展基础进行了数值模拟，分析了其基底反力和混凝土塑性应变分布情况、钢筋应力和基础裂缝发展情况。 ②对比分析了现场试验测试数据与有限元数值计算结果，总结了岩石地基上有筋扩展基础基底反力的分布规律，并分析了基础高度和基础配筋率对基底反力分布的影响规律； ③通过有限元数值分析结果，总结了有筋扩展基础塑性发展特点及基础高度和配筋率对其影响规律，并与试验结果对比验证，指出岩石地基上有筋扩展基础受力特点与一般受弯梁不同之处； ④依据现场试验和有限元数值分析，提出了岩石地基上有筋扩展基础的剪切破坏模式，总结了影响有筋扩展基础抗剪承载能力的各种因素。并结合岩石地基上有筋扩展基础的剪切破坏特性，建立了两种抗剪模型并推导了抗剪承载力理论公式； ⑤回归分析了试验测试数据和有限元数值计算结果，建立了岩石地基上有筋扩展基础抗剪承载力经验公式。 本文主要针对岩石地基上有筋扩展基础的受力特性和抗剪承载力进行分析，所获得的结论和成果，在学术研究和工程应用上都有参考意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1现行规范的扩展基础设计方法

1.2岩石地基上扩展基础的设计特点

1.3国内外研究现状

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.4本文研究内容和方法

2岩石地基扩展基础荷载试验及其结果分析

2.1试验设计思路

2.2现场试验场地情况及试验方法

2.2.1试验场地岩土工程概况

2.2.2试验的试件尺寸

2.2.3抗剪试验系统

2.2.4试验要点及步骤

2.3混凝土试块和现场钻芯取样的抗压强度

2.4试件试验情况描述

2.4.1 K1系列试件试验情况

2.4.2 K2系列试件试验情况

2.4.3 K3系列试件试验情况

2.5试件基底反力数据及其分布

2.5.1 K1系列试件基底反力分布曲线

2.5.2 K2系列试件基底反力分布曲线

2.5.3 K3系列试件基底反力分布曲线

2.6试件表面应变值及其分布图

2.7试验结果分析

2.7.1扩展基础裂缝发展规律和破坏形式

2.7.2基底反力分布规律

2.7.3试件在加载过程中的应变发展规律

2.8本章小结

3岩石地基上有筋扩展基础的有限元数值分析

3.1有限元数值分析的基本思路

3.2岩体及钢筋混凝土的力学参数

3.2.1岩体力学参数

3.2.2混凝土的力学参数

3.2.3钢筋力学参数

3.3数值分析模型

3.3.1几何建模及单元模型

3.3.2模型的约束和加载

3.4有限元分析结果

3.4.1各试件的基底反力的分布曲线

3.4.2各试件在压力作用下的混凝土的塑性发展情况

3.4.3各试件在压力作用下的钢筋应力的发展情况

3.4.4试件在压力作用下的裂缝的发展情况

3.5数值计算结果与试验结果的对比分析

3.5.1扩展基础基底反力的对比分析

3.5.2扩展基础侧表面应变对比分析

3.6有限元计算结果的对比分析

3.6.1基础基底反力的对比分析结果

3.6.2基础混凝土的塑性发展对比分析结果

3.6.3钢筋应力的对比分析结果

3.7本章小结

4岩石地基上有筋扩展基础的抗剪理论分析

4.1岩石地基上扩展基础破坏形式和基底反力均匀分布的假定

4.1.1岩石地基上扩展基础破坏形式

4.1.2岩石地基基底反力均匀分布的假定

4.2岩石地基上有筋扩展基础的剪切破坏模式

4.3裂缝形成后的抗剪平衡与影响其抗剪能力的因素

4.4基础的抗剪理论模型及其推导抗剪公式

4.4.1拉-压杆桁架模型

4.4.2断裂力学理论模型

4.4.3两种抗剪模型计算结果的对比分析

4.5本章小结

5岩石地基上有筋扩展基础的抗剪经验公式

5.1目前扩展基础抗剪经验公式

5.1.1现行规范采用的抗剪公式

5.1.2其它文献提出的抗剪经验公式

5.2试件破坏荷载的确定

5.2.1试验试件破坏荷载确定

5.2.2有限元试件破坏荷载确定

5.3回归有筋扩展基础的抗剪经验公式

5.4经验公式与理论模型抗剪公式对比分析

5.5本章小结

6结论与展望

6.1本文主要研究工作与结论

6.2后续问题的建议与展望

致谢

参考文献

附录