基于荷载传递法的桩基沉降计算方法研究

摘要

桩基础应用非常广泛，然而群桩基础的沉降计算一直是桩基设计理论中的难题之一。群桩效应在群桩沉降变形中表现得非常突出和重要。群桩效应不仅改变了单桩桩侧摩阻力、桩端阻力的大小和发展过程及桩侧摩阻力的分布，而且还使地基土的受力状态发生变化。群桩的沉降变形性状由于受承台—桩—土相互作用的影响而变得远比单桩复杂，单桩的沉降计算方法多数不适用于群桩。 针对上述问题，本文首先对桩基础进行了概述，深入探讨了竖向荷载下桩基的沉降性状，综合分析和归纳总结了目前国内外已有的多种沉降计算方法。目前常用的探讨桩身荷载传递机理的荷载传递法，因其不能考虑土体的连续性而无法推广至群桩，而剪切变形法能较好地考虑桩与桩之间的相互作用。本文基于剪切变形法导得基桩侧摩阻力在其周围土体中产生的位移场分布，并考虑邻近基桩的存在所引起的位移折减效应，经迭加后获得桩侧单位厚度土的等效刚度系数；然后利用Mindlin解导得桩端土等效刚度系数。在此基础上提出一种新的基于荷载传递法的高承台桩基沉降计算方法。在低承台桩基中，除了桩群产生的应力重叠会影响侧摩阻力和端阻力外，还由于承台与其下地基土的接触及接触应力的存在，使得桩、承台、地基土之间相互作用趋于复杂。本文考虑承台—桩—土的共同作用，根据位移协调条件，在高承台桩基沉降计算方法的基础上提出考虑承台分担荷载作用的低承台桩基沉降计算方法。最后利用Marc有限元程序对竖向荷载下单桩及不同桩距的高、低承台群桩进行计算和分析，得出了一系列定性的对工程实践具有指导意义的结论。

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1桩基础概述

1.1.1桩基础的发展

1.1.2桩基础的分类

1.1.3桩基础的适用范围

1.3桩基沉降分析的研究现状

1.4本文的主要研究内容与工作

第2章竖向荷载下群桩沉降性状分析

2.1 概述

2.2竖向荷载下群桩的沉降性状

2.2.1摩擦型群桩的沉降性状

2.2.2端承型群桩的沉降性状

2.3影响群桩沉降性状的因素

2.4群桩沉降的计算方法

2.4.1等代墩基法

2.4.2弹性理论法

2.4.3等效作用分层总和法

2.4.4其它方法

第3章高承台桩基沉降计算的荷载传递方法

3.1 概述

3.2桩土体系的荷载传递机理

3.2.1单桩的荷载传递过程

3.2.2桩的荷载传递规律

3.2.3荷载传递分析方法

3.3高承台桩基沉降计算的荷载传递法

3.3.1剪切变形法

3.3.2计算模型的建立

3.3.3方程的求解

3.4计算实例与分析

3.5高承台桩基沉降特性分析

3.5.1桩距变化对群桩沉降的影响

3.5.2桩的长径比变化对群桩沉降的影响

3.5.3土的均质度变化对群桩沉降的影响

3.5.4桩数变化对群桩沉降的影响

3.5.5小结

第4章 考虑承台分担荷载作用的低承台桩基沉降计算

4.1概述

4.2承台的作用机理

4.2.1承台-桩-土的相互作用

4.2.2承台土反力与桩、土变形的关系

4.2.3承台土反力分布特征

4.2.4承台荷载分担比的变化规律

4.3考虑承台分担荷载作用的桩基沉降计算

4.3.1计算模型的建立

4.3.2方程的求解

4.4计算实例与分析

第5章桩基沉降的Marc有限元分析

5.1 MSC.Marc简介

5.2桩基沉降的有限元分析

5.2.1程序的验证

5.2.2桩基计算模型与参数选取

5.2.3计算结果与分析

5.3小结

结语

参考文献

致谢

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