基于能量法的高承台桩基沉降计算方法研究

摘要

桩基础在路桥建设工程中应用广泛，高承台桩基又是桥梁工程中极为常见的基础型式。然而高承台桩基的沉降计算是桩基设计理论中的难题之一。近年来，国内外许多学者就该问题进行了大量研究，也提出了一系列适用于不同工程环境下的沉降计算方法，但从能量传递的角度考虑该问题的研究工作鲜见报道。为此，本文拟采用能量法原理分析高承台桩基的沉降问题，提出一种行之有效的沉降计算新方法。主要研究内容如下:
　　 本文首先总结了桩基础在竖向荷载作用下的沉降性状和国内外已有的诸多沉降计算方法，进而从能量传递的角度对高承台桩基的沉降计算进行分析探讨，建立了承台一桩基能量差分方程，并将基于Cooke原理的各基桩相互作用下桩侧单位厚度土的等效刚度系数代入方程求解。其次，将承台一桩一土变形协调关系及桩端边界条件作为收敛条件与能量差分方程联立，迭代递推出基桩的桩身轴力与位移。最后，利用Matlab数学计算软件对本文的计算方法编制了相应的程序，并从荷载协调和势能最小两个方面探究程序收敛的策略，以保证计算程序的稳定性及准确性。此外，本文引用工程中某桥梁高承台桩基的实际案例对文中计算方法进行合理性对比验证及工程参数分析。对比分析表明:本文计算结果与工程实测值较吻合，桩距、桩径及土质等工程参数的变化对高承台桩基沉降有着不同程度的影响。因此，本文计算方法及程序设计的合理性得以验证，可为类似工程设计和实践提供有益的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 桩基础概述

1．1．1 桩基础的发展历程

1．1．2 桩基础的分类

1．1．3 桩基础的适用范围

1．2 桩基承载特性研究

1．2．1 概述

1．2．2 竖向荷载下基桩的承载机理

1．3 桩基沉降计算方法研究

1．3．1 规范法

1．3．2 其他方法

1．4 本文主要研究内容和工作

第2章 高承台桩基沉降性状分析

2．1 概述

2．2 基桩的沉降性状

2．3 高承台桩基沉降性状

2．3．1 摩擦群桩的沉降特性

2．3．2 端承型群桩的沉降特性

2．4 影响群桩沉降性状的主要因素

2．4．1 沉降性状的影响因素

2．4．2 打入群桩和钻孔群桩的对比

第3章 高承台桩基计算方法研究

3．1 等代墩基法

3．2 弹性理论法

3．2．1 单桩荷载下的土中应力

3．2．2 迭代法计算群桩沉降

3．2．3 利用单桩荷载-沉降系数计算群桩沉降

3．2．4 沉降比法计算群桩沉降

3．3 等效作用分层总和法

3．4 其他方法

3．4．1 Tomlinson(1994)

3．4．2 Skempton(1953)

3．4．3 Meyerhof(1959)

3．4．4 Vesic(1967)

3．4．5 Бepeчaнцeв(1961)

3．4．6 Schmertmann(1970，1978)

3．4．7 杨敏方法

3．5 小结

第4章 基于能量法的高承台桩基沉降计算方法

4．1 概述

4．2 能量法基本理论

4．2．1 能量守恒定律

4．2．2 桩土系统的能量分析

4．3 高承台桩基沉降计算模型建立

4．3．1 侧阻力计算模型

4．3．2 端阻力计算模型

4．4 高承台桩基沉降计算

4．4．1 能量平衡方程的建立

4．4．2 桩身能量方程

4．5 桩基工作性状程序算法

4．5．1 程序收敛条件及方法

4．5．2 基桩性状计算程序设置及流程

4．5．3 小结

第5章 工程应用实例

5．1 工程概况

5．2 设计计算

5．3 参数分析

5．3．1 桩距变化对群桩沉降的影响

5．3．2 桩的长径比变化对群桩沉降的影响

5．3．3 土质变化对群桩沉降的影响

5．3．4 桩数变化对群桩沉降的影响

5．4 小结

结语

参考文献

致谢

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