考虑桩—土相对位移的桩基沉降计算及桩基时效性研究

摘要

桩基是一种常用的基础形式，因具有高承载力、可以有效控制沉降和不均匀沉降而得到广泛使用，其沉降计算是一个非常重要的研究课题。桩基的沉降计算因涉及到桩、土、承台的相互作用和土体力学行为的非线性而十分复杂，以往的计算方法多假定桩侧摩阻力与桩端力互不影响。随着跨海大桥等大型工程的兴建和高层建筑的迅猛增多，超长桩和长短组合桩基在工程上的应用越来越多，但与之相应的理论研究远远落后于工程实践，桩基工程也面临新的研究课题。本文对竖向荷载作用下，桩基的沉降计算开展了解析与半解析研究，主要工作和创新如下:
　　(1)提出了一种新的桩侧摩阻力与桩-土相对位移的指数函数关系，并用于描述桩端力与桩端沉降的关系。
　　(2)考虑桩-土相对位移与桩-土接触面上力学行为的非线性，推导了均质土层中由桩端微小位移引起基桩沉降的计算公式。逐步增大桩端位移并按(1)中提出的函数关系计算桩侧土体和桩端土的刚度变化，并进一步应用于成层土中单桩的沉降计算。
　　(3)考虑桩身竖向压缩变形，建议了超长桩在竖向荷载作用下的沉降计算方法，分析了超长桩的承载特性。通过计算分析指出，超长桩的沉降计算需考虑桩身的非线性压缩变形。考虑桩-土接触面上力学行为的非线性，计算了由位移控制的有效桩长，并对影响有效桩长的因素进行了分析。
　　(4)基于ABAQUS有限元软件，分析不同桩长的相互作用，对比了不同桩间距和桩长差对受荷桩与非受荷桩沉降的影响。基于Wong和Poulos建议的计算不同桩长相互作用系数的修正方法，修正了桩-桩相互作用，应用Mindlin位移解计算得到长短桩桩端的相互作用，并应用于长短组合桩基的沉降计算。本文计算结果与ABAQUS计算结果吻合较好。
　　(5)考虑桩基的承载力随时间的变化，结合已有的研究成果和实测试验资料提出了桩基承载力随时间的计算方法。
　　(6)提出了长期荷载作用下桩基的沉降计算公式，对其中的影响参数进行分析，并应用已有的实测研究数据证明了本方法的合理性。
　　(7)结合某实际工程，考虑桩基承载力的时间效应，应用本文建议的长短组合桩基的沉降计算方法对该工程进行计算分析。
　　最后，对本文工作进行了总结，并建议了进一步的研究方向。

目录

声明

致谢

摘要

主要符号说明

第1章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 桩基工程沉降的研究历史与进展

1．2．1 普通单桩沉降的研究进展

1．2．2 超长单桩沉降的研究进展

1．2．3 群桩沉降的研究进展

1．2．4 长短组合桩基的研究现状

1．2．5 桩基承载力和沉降的时效性研究现状

1．3 桩基沉降计算研究中存在的问题

1．4 本文研究内容和创新点

1．4．1 本文的主要内容

1．4．2 本文的主要创新点

1．4．3 本文的主要研究思路

第2章 单桩的工程特性和沉降计算方法

2．1 引言

2．2 桩-土接触的相互作用分析

2．2．1 桩-土接触荷载传递模型

2．2．2 模型参数的确定

2．3 桩侧土体的沉降分析

2．4 单桩沉降计算模型

2．5 单桩沉降实例分析

2．5．1 算例一

2．5．2 算例二

2．5．3 算例三

2．6 本章小结

第3章 超长桩沉降计算及工程特性研究

3．1 引言

3．2 桩端力与桩端位移计算模型

3．3 桩侧摩阻力引起的桩端沉降计算

3．4 桩身混凝土的非线性变形分析

3．5 超长桩沉降影响因素分析

3．6 工程实例计算

3．6．1 算例一

3．6．2 算例二

3．7 超长桩基有效桩长的讨论

3．8 本章小结

第4章 群柱的工程特性和沉降计算方法

4．1 引言

4．2 基于等代墩的群桩沉降计算方法

4．2．1 规范推荐的等代墩基法

4．2．2 基于荷载传递的等代墩基法

4．3 基于相互作用系数的群桩沉降分析

4．3．1 桩侧土体的相互作用

4．3．2 桩端土体的相互作用

4．3．3 桩-桩相互作用系数

4．4 本文群桩沉降计算方法

4．4．1 计算方法的推导

4．4．2 群桩沉降算倒

4．5 本章小结

第5章 长短组合桩的承载性状与沉降计算

5．1 引言

5．2 长短桩相互作用的数值计算分析

5．2．1 ABAQUS软件及Mohr-Coulomb模型简介

5．2．2 长短桩相互作用的数值分析

5．2．3 柱间距和桩长差对长短桩沉降的影响

5．3 基于相互作用系数的长短组合桩的沉降计算

5．3．1 长短桩相互作用系数的计算

5．3．2 均质土层中单桩沉降推导

5．3．3 成层土中单桩沉降计算方法

5．3．4 长短组合桩沉降计算

5．4 实例分析

5．5 本章小结

第6章 桩基承载力和沉降的时效性研究

6．1 引言

6．2 桩基承载力的时效性研究

6．2．1 桩基承载力随时间的变化

6．2．2 桩基承载力随时间增长的机理

6．3 桩基长期沉降计算模型的探讨

6．3．1 模型的提出

6．3．2 模型参数分析

6．3．3 长期沉降实例分析

6．4 本章小结

第7章 长短组合桩的工程应用

7．1 引言

7．2 工程概况

7．3 岩土工程条件和设计条件

7．4 设计情况

7．5 桩基检测情况

7．5．1 单桩竖向承载力静载试验

7．5．2 单柱承载力验算

7．5．3 桩基承载力和沉降验算

7．6 本章小结

第8章 总结与展望

8．1 本文的主要结论

8．2 建议与展望

参考文献

附录Ⅰ 长短桩相互作用修正系数

附录A 作者简历

附录B 浙江大学岩土工程研究所历届博士学位论文目录