长短桩基础在竖向荷载作用下的受力性状研究

摘要

长短桩基础是一种新型基础，它是在等长桩的基础上，考虑到在设计时通常会遇到地基中存在两层或两层以上土层可作为桩端持力层的情况，如果把桩端坐落到浅层持力层上，承载力可能满足要求但沉降变形过大，若把桩端坐落在深层持力层，这时承载力和沉降都会满足要求，但这样做会导致出现大量长桩或者是超长桩，不仅会增加工程造价而且会增大施工的难度。因此学者们提出了长短桩组合桩基础的概念，即设置部分短桩充分利用浅层持力层的承载力，设置部分长桩来减小基础的沉降变形。长短桩基础不仅在提供承载力方面具有很好的适应性，而且在控制沉降方面也具有良好的特性，因此它在实际工程中的应用越来越广泛。但是由于长短桩组合桩基础是一种新的基础形式，所以针对它的理论研究还不是特别成熟。所以本文基于桩筏基础理论，利用大型有限元软件ABAQUS对长短桩基础的受力性状进行了研究和分析，主要成果如下:
　　(1)介绍了单桩在竖向荷载作用下的承载力机理，利用荷载传递法分析了单桩与土的共同作用;利用弹性理论法、简易理论法、剪切位移法和有限单元法介绍了群桩与土的共同作用。介绍了薄板理论，并推导出了桩-土-筏体系的刚度矩阵。
　　(2)采用ABAQUS有限元软件建立了长短桩-筏基础的三维模型，研究了长短桩-筏基础中土体的塑性区发展情况，结果表明在竖向荷载作用下，长桩下土体最先进入塑性区，短桩下土体次之，筏板下土体最后进入塑性区;研究长短桩-筏基础的平均沉降、差异沉降、桩土荷载分担比以及长短桩轴力随长、短桩持力层、桩间距和筏板厚度的变化规律。结果表明随着短桩持力层压缩模量的增长，基础的平均沉降和差异沉降均有减小，但减小幅度很小;短桩轴力增加，长桩轴力减小，短桩的荷载分担比增加，长桩的荷载分担比减小。随着长桩持力层压缩模量的增长，基础的平均沉降和差异沉降均大幅度减小，短桩轴力随之减小，长桩轴力随之增加，短桩的荷载分担比减小，长桩的荷载分担比增加;随着桩间距的增加，基础平均沉降和差异沉降均随之增加，长、短桩轴力也随之增加，长桩荷载分担比随之略有减小，短桩荷载分担比略有增加，但幅度都很小，可以忽略不计。随着筏板厚度的增加，基础的平均沉降和差异沉降均随之减小，尤其是差异沉降，减小幅度非常大，短桩轴力随之减小，长桩轴力随之增加，长桩荷载分担比略有减小，短桩荷载分担比略有增加，但幅度都很小，可以忽略对其的影响。
　　(3)分析一个长短桩基础的实际工程，实测沉降数据表明长短桩基础可以很好的控制建筑物的沉降。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的提出

1．3 课题的研究意义

1．4 本文主要的研究工作

第2章 桩基础的设计与研究现状

2．1 桩基础的研究现状

2．2 桩筏基础的研究现状

2．3 长短桩组合桩基础的研究现状

2．4 本章小结

第3章 竖向荷载作用下桩筏基础承载力理论

3．1 单桩在竖向荷载作用下的承载力机理

3．1．1 单桩在竖向荷载下的受力机理

3．1．2 桩土共同作用分析

3．2 筏板理论分析

3．3 桩—土—筏共同作用分析

3．4 本章小结

第4章 长短桩基础数值模型的建立及分析

4．1 引言

4．2 ABAQUS介绍

4．3 ABAQUS中常用的本构模型

4．3．1 线弹性模型

4．3．2 多孔介质弹性模型

4．3．3 Mohr-Coulomb(摩尔库伦)模型

4．3．4 扩展的Drucker-Prager模型

4．3．5 剑桥模型

4．4 长短桩基础数值模型的建立

4．4．1 模型单元的选取

4．4．2 本构模型的选取

4．4．3 模型接触的选取

4．4．4 模型边界条件的设置

4．4．5 模型单元的划分

4．5 长短桩基础塑性区的分析

4．6 长短桩基础中桩的沉降分析

4．6．1 短桩持力层性状对桩顶沉降的影响

4．6．2 长桩持力层性状对桩顶沉降的影响

4．6．3 筏板厚度对长短桩组合桩基础沉降的影响

4．6．4 桩间距对长短桩组合桩基础沉降的影响

4．7 长短桩基础中荷载分担比的分析

4．7．1 短桩持力层对荷载分担比的影响

4．7．2 改变长桩持力层对荷载分担比的影响

4．7．3 筏板厚度对荷载分担比的影响

4．7．4 桩间距对荷载分担比的影响

4．8 长短桩基础中桩轴力的分析

4．8．1 短桩持力层对长短桩轴力的影响

4．8．2 长桩持力层对长短桩轴力的影响

4．8．3 筏板厚度对长短桩轴力的影响

4．8．4 桩间距对桩轴力的影响

4．9 本章小结

第5章 长短桩组合桩基础工程实例分析

5．1 引言

5．2 工程实例

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 引言

6．2 主要结论

6．3 今后工作展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况