考虑钢护筒效应变截面桩竖向承载力研究

摘要

在公路桥梁建设中，超长大直径钻孔灌注桩被大量使用。考虑到施工的可行性，在深水区域，灌注桩的成孔常采用钢护筒法进行施工。钢护筒可以起到固定桩位、引导钻头方向、隔离地面水防止其流入孔内、保护孔口及孔壁不再坍塌，确保成孔、成桩质量的作用。 在具有钢护筒的桩身部分，钢护筒和混凝土桩身实际上行成了“上大下小”的变截面大直径混合桩：即上部类似于铡管混凝土柱、下部为钢筋混凝土的混合桩身。钢护筒在实际应用中的作用可能会不只局限于施工工艺方面，而目前的桥梁深水基础设计中一般不考虑钢护筒对桩竖向承载力的影响。另外，在桥梁桩基础施工中，钢护筒和混凝土桩身之间会不可避免的产生泥皮，泥皮的存在也可能对桩基的承载性能产生影响。因此，有必要对钢护筒给桩身竖向承载力性能带来的影响进行研究，同时研究泥皮的存在对桩基承载性能产生的影响。 本文首先采用模型试验的方法对桩基竖向承载性能进行研究，进行了八个模型构件的试验：接着采用钢管混凝土的计算理论对具有钢护筒的桩基础的竖向承载性能进行了理论分析。最后，采用有限元法分析了考虑钢护筒作用时桩的沉降量的改变。通过分析得出结论：考虑钢护筒效应对桩的竖向承载力的提高有显著的效果。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1桩基础概述

1.1.1桩基础的发展历程

1.1.2桩基础的适用性

1.1.3桩基础的分类

1.2钻孔灌注桩

1.2.1钻孔灌注桩的发展

1.2.2钻孔灌注桩的特点

1.2.3钻孔灌注桩的分类

1.3超长钻孔灌注桩

1.3.1超长钻孔灌注桩施工工艺

1.3.2钢护筒施工

1.3.3钻孔灌注桩泥浆护壁机理

1.3.4清孔

1.4研究背景

1.5研究现状

1.6研究内容

第二章钢管混凝土轴心受压构件试验研究

2.1试验设计

2.1.1试验设计

2.1.2构件制作

2.1.3试验方法

2.2试验过程及现象

2.2.1试验过程

2.2.2试件破坏现象

2.3试件受力过程分析

2.3.1试验采集到的数据

2.3.2铡管与混凝土共同工作分析

2.3.3钢管混凝土轴心受压时内力变化

2.3.4承载力结果分析

2.4本章小结

第三章考虑钢护筒效应的桩竖向承载力理论分析

3.1单桩承载力的分析确定原则

3.1.1桩的外部强度准则

3.1.2桩的内部强度准则

3.1.3桩的功能性准则

3.2钢管混凝土结构特点及力学性能

3.3钢管混凝土构件轴心受压时的受力阶段分析及套箍效应

3.3.1钢管混凝土构件轴心受压时的受力阶段分析

3.3.2套箍效应

3.4国外的钢管混凝土构件的设计计算方法

3.4.1日本规程AJJ(1997)

3.4.2美国规程AISC-LRFD(1999)

3.5我国的设计规范及理论研究

3.5.1蔡绍怀的极限平衡理论

3.5.2钟善桐统一理论

3.5.3韩林海计算理论

3.6圆钢管混凝土典型规程轴压构件承载力计算公式特点比较

3.6.1各规程规定的混凝土强度范围与钢材屈服强度范围(见表3-2)

3.6.2含钢率、套箍系数(指标)、钢管壁厚及径厚比的限制

3.6.3各规程关于轴压短柱定义的对比

3.6.4极限状态的定义区别

3.6.5各规程轴压构件强度承载力是否考虑套箍约束作用的比较

3.6.6稳定承载力公式建立方法的对比

3.7各规程计算结果与试验结果比较

3.8本章小结

第四章考虑钢护筒效应的钻孔灌注桩数值模拟分析

4.1数值分析方法在岩土工程问题中的应用

4.2 Flac3D程序介绍

4.2.1背景

4.2.2 FLAC3D软件特点

4.2.3本构模型

4.2.4接触面

4.3数值模拟

4.3.1工程背景

4.3.2地基土层情况

4.3.3参数选择

4.3.4模型建立

4.3.5塑性区范围确定

4.3.6网格划分

4.4数值模拟结果与分析

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢