深基坑排桩顶圈梁作用机理研究与有限元模拟

摘要

深基坑工程是多领域相互交叉的学科，是多种因素交互影响的系统工程，目前理论研究还不成熟，仍有大量未解决的问题。在深基坑各种支护形式中，排桩的应用十分广泛。这其中圈梁又是一个不可忽略的因素，起着非常重要的作用。当前对圈梁作用机理与协调机制的研究仍然存在一些不足之处。本文以深基坑排桩一圈梁体系中的顶圈梁为研究对象，在总结前人研究成果的基础上，建立排桩一圈梁协同作用力学模型，借助计算程序分析顶圈梁的作用机理，探讨不同因素对项圈梁作用效应的影响，并结合工程实例运用有限元分析软件ABAQUS，对基坑开挖过程进行了三维模拟，得出了以下结论： (1)圈梁作为深基坑排桩一圈梁支护结构中非常重要的部件，不仅能提高排桩的承载能力，而且对排桩的受力及变形具有明显的改善作用。实际工程中圈梁应尽量闭合，以使约束作用达到最大； (2)圈梁抗弯刚度和跨度对其作用效应有较大影响，通过增加圈梁刚度或减小圈梁跨度可以改善其效能。不同基坑工程的圈梁都存在一个临界刚度，设计时应使圈梁的刚度大于临界刚度。 (3)排桩桩距不仅决定桩体承受的土压力值及圈梁的跨度，还决定桩间土体拱效应的大小。如果桩间距设置在合理范围，桩间土的拱效应和支护桩的承载力能将得到较好发挥。 (4)排桩桩身弯矩曲线中存在两个反弯点，随着挖深加大第二反弯点会逐渐消失。这在实际工程中具有重要指导意义，它预示着桩体的埋置深度已接近临界状态。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2基坑支护体系研究现状

1.2.1基坑圈梁—排桩作用体系研究现状

1.2.2土压力理论研究现状

1.2.3土体本构模型研究现状

1.2.4基坑开挖变形与稳定性机理研究现状

1.3本文的研究意义与思路

1.3.1本文的研究意义

1.3.2本文的研究思路

第二章基坑支护技术与计算理论

2.1基坑支护体系概述

2.1.1基坑支护体系的分类和特点

2.1.2支护结构的破坏形式

2.1.3支护结构与周边地层变形控制问题

2.1.4基坑工程的环境效应问题

2.2悬臂式排桩计算理论

2.3悬臂式支护结构计算方法简介

2.3.1静力平衡法的基本原理

2.3.2弹性抗力法基本原理

第三章支护桩—圈梁协同作用机理与计算分析

3.1排桩—圈梁协同作用力学模型的建立

3.1.1基本假定

3.1.2考虑协同作用力学模型的建立

3.2算例

3.2.1圈梁后土压力分布假定

3.2.2计算流程

3.3计算结果及分析

3.3.1有无圈梁作用对桩体受力及变形的影响

3.3.2不同桩距对桩体受力及变形的影响

3.3.3不同圈梁截面惯性矩对桩体受力及变形的影响

3.3.4不同圈梁弹性模量对桩体受力及变形的影响

3.3.5圈梁临界抗弯刚度的定义

3.4项圈梁作用机理分析

3.5本章小结

第四章支护桩—圈梁体系有限元数值模拟

4.1有限单元法的基本原理

4.2土体本构模型

4.2.1本构方程的一般表达式

4.2.2弹塑性本构模型

4.3基坑开挖过程ABAQUS有限元分析

4.3.1 ABAQUS软件介绍

4.3.2 ABAQUS软件分析步骤

4.3.3 ABAQUS中如何实现分步开挖

4.4基坑支护桩—圈梁协同作用有限元模拟

4.4.1工程概况

4.4.2场地工程地质、水文地质条件

4.4.3围护结构设计

4.4.4计算说明

4.4.5基坑开挖有限元数值模拟

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