有孔锥-柱管桩开孔应力集中系数及桩身极限承载力研究

摘要

有孔锥形管桩具有倾斜侧面，加大了桩土接触面积，使其受力更合理，更能发挥桩侧土体的侧摩阻力；同时，作为复合地基竖向增强体，有孔锥形管桩上端尺寸变大，增大了复合地基面积置换率，从而可提高复合地基承载力。但在沉桩施工过程中，锥形管桩存在接桩不便、处理深度不足、挤土效应明显等缺点。现提出一种有孔锥-柱管桩技术，在加大地基处理深度的同时，桩周土体中超孔隙水可通过桩孔主动进入管桩内腔，从而加速超孔隙水压力消散，减小超孔隙水压力最大值，减小锥-柱管桩的挤土效应并提高土的抗剪强度。但开孔必将导致结构的几何连续性遭到破坏，产生明显的应力集中，从而降低结构的承载能力和使用寿命。因此，本文围绕有孔锥-柱管桩开孔方式、管桩侧壁开孔所产生的应力集中系数大小和分布范围、桩身极限承载力折减规律等关键问题，采用模型试验和数值模拟相结合的方法，研究单向、双向和星状开孔在桩身受力时，桩身应力集中系数分布规律和极限承载力折减情况，为有孔锥-柱管桩技术的应用推广提供试验基础。主要研究成果如下：
　　（1）有孔锥-柱管桩应力集中系数试验表明：在三种开孔方式中，星状桩型应力集中系数分布范围最小，桩身受力均匀。孔径为5mm的各桩型应力集中系数普遍低于孔径为6mm各桩型，应力集中系数的大小主要影响因数是孔径直径，锥度对应力集中系数分布范围和系数值影响不明显。所有桩型中孔径为5mm的星状桩型受力性能最佳。
　　（2）桩身极限承载力试验表明：三种开孔方式极限承载力性能星状桩型最优。孔径为5mm的各桩型极限承载力折减情况明显低于孔径为6mm的各桩型，开孔孔径越大桩身极限承载力折减越严重；有孔锥-柱管桩极限承载力性能最好的是开5mm孔径锥度为1/80的星状桩型。
　　（3）桩身应力集中系数数值模拟研究表明：有孔锥-柱管桩柱形段应力集中系数值要高于锥形段；其桩身锥度的变化对其应力集中系数影响不大；孔径的大小是影响应力集中系数大小的主要因素，应力集中系数的分布范围受开孔方式的影响。在三中开孔方式中，星状有孔锥-柱管桩的应力集中系数分布范围最集中。开孔孔径越小其应力集中系数越小，其中孔径为5mm的各桩型应力集中系数值最小。所有桩型中孔径为5mm的星状桩型受力性能最优。
　　（4）由于试验误差的存在，试验所得应力集中数值小于数值模拟所得的数值；但应力集中系数分布规律基本一致，柱形段应力集中系数高于锥形段，开孔孔径越大应力集中系数越大；说明数值模拟管桩受压时的应力集中变化情况与试验过程一致。

目录

第一章 绪 论

1.1选题依据及意义

1.2国内外研究现状

1.3 研究的主要内容与研究方案

1.4本课题的关键问题和创新点

第二章 有孔锥-柱管桩桩身开孔应力集中系数试验研究

2.1 试验概况

2.2 模型桩设计

2.3 测试内容与试验方法

2.4 孔径为6mm有孔锥-柱管桩应力集中系数试验结果分析

2.5 孔径为5mm有孔锥-柱管桩应力集中系数试验结果分析

2.6二种开孔孔径锥-柱管桩应力集中系数综合对比分析

2.7本章小结

第三章 桩身极限承载力试验研究

3.1试验目的

3.2模型桩设计

3.3 测试内容与试验方法

3.4 有孔锥-柱形管桩试验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 桩身开孔应力集中系数数值模拟

4.1 数值模拟目的

4.2 ABAQUS数值分析软件介绍

4.3 数值分析模型建立

4.4 孔径为5mm有孔锥-柱管桩应力集中系数模拟结果分析

4.6孔径为6mm有孔锥-柱管桩应力集中系数模拟结果分析

4.5孔径为8mm有孔锥-柱管桩应力集中系数模拟结果分析

4.7三种开孔孔径锥-柱管桩应力集中系数综合对比分析

4.8 本章小结

第五章 试验与数值模拟结果对比分析

5.1不同开孔方式下应力集中系数结果影响对比分析

5.2 不同孔径下应力集中系数分部范围对比分析

5.3 不同锥度下应力集中系数分布范围对比分析

5.4 本章结论

第六章 总结与建议

6.1 本文主要结论

6.2 研究建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文情况

致谢

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