考虑桩端与桩侧阻力相互作用的超长桩承载力研究

摘要

近年来高层建筑、大型桥梁、港口等建设中广泛应用大直径超长桩，给桩基理论这一传统课题提出了新的挑战。研究发现当桩顶受荷水平临近极限承载力时，超长桩桩端附近摩阻力有突然增大的现象，且在不同桩周土强度与桩土接触面性质的影响下，这种增大效果的发挥也不同。深入研究此种增强作用的原因及机理，对超长桩的理论研究和实际应用具有十分重要的意义。
　　本文设计实施了超长桩室内模型试验，分析了模型桩在不同桩顶荷载下荷载与沉降的关系、桩身轴力随深度的变化、桩侧摩阻力随深度的变化以及桩顶荷载与桩端土压力的关系。利用ADINA软件建立了对应于模型试验的有限元模型，将有限元模拟结果与试验结果进行对比分析，并研究了桩端阻力与桩侧阻力相互作用的机理。在考虑桩侧阻力与桩端阻力的相互作用的基础上，提出用Mindlin解对桩侧阻力增强值进行计算，并结合弹性理论法对模型桩承载力进行了计算，对比了模型桩桩侧摩阻力修正前后的计算结果。通过以上研究，得到了如下结论：
　　(1)超长桩的桩顶沉降较大，在设计超长桩的极限承载力时，以沉降控制较为合理；竖向荷载沿超长桩桩身向下传递的过程中，上部桩侧土分担了较多的桩顶荷载，桩端承受的荷载相对较小；超长桩桩侧摩阻力发挥作用的主要部位在桩身上部以及桩底以上10d范围内，桩身中部侧摩阻力相对较小。当桩顶荷载增加至一定值时，桩端附近出现侧摩阻力增强现象；在桩顶荷载达到1093N时，试验模型桩的桩端阻力和桩侧阻力在桩端附近均出现增强现象。
　　(2)有限元模拟可以反映出超长模型试验中桩土作用的实际情况；桩端阻力对桩侧土的水平应力有增强作用，增大范围约为桩端以上5d范围内；桩侧阻力对桩端土5d范围内的应力也具有增强作用，提高了桩端土的极限承载力；桩侧阻力对桩端阻力的强化作用并不明显，考虑桩端与桩侧阻力相互作用的超长桩承载力计算，关键在于准确计算桩侧阻力的增强值。
　　(3)应用Mindlin解对桩端阻力产生的桩侧水平应力进行计算，并根据滑动摩擦力与法向应力呈直线关系，得到了考虑桩端阻力作用下的桩侧附加摩阻力计算方法。
　　(4)当桩顶作用荷载较大时，弹性理论法计算的桩侧摩阻力与试验值在桩端附近存在偏离。结合附加侧摩阻力进行修正后得到的计算侧摩阻力与试验值接近，说明此种计算方法对正确计算超长桩的侧摩阻具有一定的理论意义和工程价值。

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1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.4 论文主要创新点

2 桩基模型试验与桩基承载力计算理论

2.1 模型试验的理论基础

2.2 传统抗压桩承载力计算方法

3 超长桩模型试验研究

3.1 模型试验方案设计

3.2 超长桩模型试验过程

3.3 模型桩静载试验结果整理与分析

3.4 本章小结

4 模型桩承载性状的有限元分析

4.1 有限元模型的建立

4.2 有限元分析结果

4.3 桩端阻力与桩侧阻力相互作用机理分析

4.4 本章小结

5 考虑桩端和桩侧阻力相互作用的超长桩承载力计算

5.1 考虑桩端阻力作用的桩侧摩阻力计算

5.2 试验模型桩承载力计算分析

5.3 本章小结

6 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

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