H-T联合作用下基桩内力位移理论分析及试验研究

摘要

近年来，随着我国沿海经济的快速发展，近海大型基础建设（如海上桥梁、海上平台、风力发电塔等）的规模不断扩大。这类多采用桩基础的海上结构物时常承受由车辆制动、风、波浪、地震、船只或漂流物或撞击等引起的水平受荷，且往往以水平偏心的形式传递至桩基础，造成复杂的结构响应。分解这种作用于桩身上的水平偏心荷载即表现为受水平力H和扭矩T的联合作用，工程中若不考虑这种偏心作用，可能会使设计偏于不安全并导致灾难性后果。然而，现行基于叠加原理的常规方法不能考虑这种荷载耦合作用，存在不少尚需解决的问题。为此，本文结合已有相关研究工作，对水平受荷桩、受扭桩及H-T联合受荷桩进行理论分析和室内模型试验研究，主要工作如下：
　　首先，假定桩周土体满足广义Gibson地基分布特性，引入虚土桩理论，基于能量法获得桩-土体系能量控制方程，通过变分原理分别建立出水平荷载作用下桩身和桩侧土的控制方程，进而采用中心点差分法分别导得了桩-土的响应值。在此基础上，假定桩侧土塑性区从地面开展并往下延伸，由此获得桩侧土处于塑性状态时的下桩-土响应值。
　　其次，基于剪切位移法和平衡原理，考虑桩侧土体剪切模量沿深度呈幂函数分布，同时假定桩侧土的塑性变形随桩顶荷载增加自上而下逐步开展，得到纯扭矩作用下桩侧土分别处于弹性、弹塑性和塑性状态时的桩身内力变形解析解。同时，针对工程中地基土的分层特性，引入土体弹塑性受扭荷载传递模型，给出了层状地基中纯受扭桩桩身扭矩-扭转角的计算公式。
　　第三，基于m法和改进有限杆单元法，将水平力H和扭矩T的耦合关系计入杆单元刚度矩阵，得到统一的杆单元刚度方程，并考虑不同边界条件获得H-T联合作用时桩身的内力位移解答。
　　最后，采用自制砂箱和滑轮组加载装置完成了砂土中单桩受纯水平力H、扭矩T及H-T联合作用的室内模型试验，获得了相应的桩顶荷载-变形曲线、桩身内力-位移曲线。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 水平受荷单桩承载变形分析

2.1 引言

2.2 基于能量法的水平受荷单桩弹塑性分析

2.3 算例分析

2.4 本章小结

第3章 纯受扭单桩承载变形分析

3.1 引言

3.2 非均质地基中受扭单桩弹塑性分析

3.3 层状地基中受扭单桩递推计算方法

3.4 本章小结

第4章 H-T联合受荷基桩内力位移分析

4.1 引言

4.2 传统有限杆单元法基本原理

4.3 适用分析H-T受荷桩的改进有限杆单元法

4.4 算例分析

4.5 本章小结

第5章 H-T联合受荷桩室内模型试验研究

5.1 引言

5.2 试验模型的建立

5.3 模型试验设计

5.4 试验内容及步骤

5.5 模型试验结果分析

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间的学术论文及科研情况)