多向荷载下高承台群桩基础分析方法及应用研究

摘要

跨海大桥、海上石油平台、跨海输电塔、测风塔等近海大型结构服役环境复杂，高承台群桩基础受到自身重力、风力、水流甚至船舶撞击力等多种荷载作用，极易引起基础倾斜倒塌。由多向荷载作用下引起的群桩基础破坏失效屡有报道。目前国内外对于多向荷载下群桩基础计算分析方法研究较少，亟需开展相应研究工作。
　　本文针对高承台群桩基础多向共同受荷问题，建立了由刚性承台—弹性梁—土非线性弹簧组成的群桩计算模型。采用水平p-y曲线法、竖向荷载传递法、扭转τ-θ曲线法，计算基桩在各自由度上的非线性刚度。模型考虑了群桩效应和基桩推扭耦合效应;水平受荷群桩效应通过设置p乘子实现;基桩推扭耦合效应则通过引入修正单桩分析模型实现。采用牛顿迭代法对计算模型进行求解。
　　对受推力和扭矩共同作用的大尺寸物理模型试验3×3群桩基础进行了分析，分析结果与试验结果基本吻合，表明该计算方法可靠性良好。通过采用多组p乘子对比分析发现，小偏心水平荷载下水平群桩效应更接近于群桩水平单独受荷，大偏心水平荷载下水平群桩效应更接近于群桩扭转单独受荷。通过参数分析发现，在水平和扭转荷载共同作用下，群桩中各基桩桩头剪力分配不均匀性十分显著;获得了不同桩间距和不同承台高度时群桩中基桩轴力变化规律，为复杂荷载下群桩设计提供依据。
　　本文结合工程资料和试桩结果，采用多向荷载下高承台群桩计算方法，实现了对有斜桩的输电线路海中铁塔基础的计算分析，获得了其在多向荷载作用下内力分配规律和变形情况，指导了该工程的设计。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 单桩各向受荷研究现状

1．2．2 群桩水平受荷研究现状

1．2．3 群桩竖向受荷研究现状

1．2．4 群桩扭转受荷研究现状

1．2．5 群桩水平扭转受荷研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 多种荷载下单桩分析

2．1 引言

2．2 单桩水平受荷分析

2．2．1 单桩水平受荷基本方程与求解

2．2．2 桩侧极限土抗力与p-y曲线

2．2．3 桩头约束

2．3 单桩竖向受荷分析

2．3．1 单桩竖向基本方程与求解

2．3．2 抗压／拔极限土抗力与竖向荷载传递曲线

2．4 单桩扭转受荷及推扭耦合分析

2．4．1 单桩扭转基本方程与求解

2．4．2 抗扭极限土抗力与τ-θ曲线

2．4．3 单桩推扭耦合分析

2．5 计算实例

2．5．1 单桩水平受荷

2．5．2 单桩竖向受荷

2．5．3 单桩扭转及推扭耦合受荷

2．6 小结

3 多向荷载下群桩受力变形计算分析方法

3．1 引言

3．2 计算模型

3．2．1 理论模型及基本假定

3．2．2 基本坐标系

3．2．3 承台和各基桩桩头广义位移和广义力

3．3 群桩分析基本方程

3．3．1 承台力平衡方程

3．3．2 位移协调方程

3．3．3 刚度矩阵定义

3．4 群桩非线性分析方法

3．4．1 高承台群桩计算牛顿迭代法

3．4．2 基本思路与运算流程

3．5 多向荷载下基桩刚度和群桩效应

3．5．1 多向荷载下基桩刚度

3．5．2 群桩效应

3．6 小结

4 基于推扭耦合的群桩推扭受荷特性分析

4．1 引言

4．2 分析计算参数选择

4．2．1 计算基本参数

4．2．2 推扭耦合的群桩计算关键问题

4．3 小偏心推扭受荷群桩计算分析结果

4．3．1 荷载位移曲线

4．3．2 基桩内力分布和扭矩分配规律

4．4 大小偏心受荷群桩效应

4．4．1 大小偏心受荷群桩试验特性探讨

4．4．2 大偏心受荷群桩分析

4．5 参数分析

4．5．1 不同桩间距对基桩桩头剪力分配的影响

4．5．2 不同承台高度对基桩轴力变化的影响

4．6 小结

5 输电线路海中铁塔基础工程计算实例

5．1 引言

5．2 工程概况

5．2．1 地质条件概况

5．2．2 设计水文条件

5．2．3 地震地质及地震烈度

5．2．4 塔基处设计流速

5．2．5 桩基波浪力及冲刷深度

5．3 荷载条件及组合

5．3．1 荷载条件

5．3．2 荷载组合

5．4 单桩受力性能预测

5．4．1 单桩竖向载荷试验反分析及受力性能预测

5．4．2 水平受荷单桩受力性能预测

5．4．3 扭转受荷单桩受力性能预测

5．5 群桩计算分析结果

5．5．1 群桩效应及耦合效应

5．5．2 分析结果

5．6 小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者简介