水平偏心荷载下群桩受荷性状模型试验及设计方法研究

摘要

近年来,随着我国海洋经济的快速发展,近海大型基础的建设规模不断扩大,如海上桥梁、海上平台,跨海输电塔等.这些海上大型结构时常受到风力、水流甚至船舶撞击力等水平荷载的作用。这些荷载往往以水平偏心的形式传递到结构物群桩基础上,造成复杂的结构响应。目前对于该类响应的了解和认识非常有限,亟需开展相应的研究工作。
　　 本文对不同偏心距下水平荷载作用下群桩的工作性状进行了大尺寸模型试验和理论分析研究.模型试验包括了两组饱和粉土地基中的3×3钢管桩群桩,分为大、小偏心两种情况(偏心距分别为e=11D和6D),以及单桩水平静载试验和单桩扭转静载试验。然后通过群桩计算软件GROUP对上述试验进行了计算分析。
　　 试验研究结果显示,扭矩荷载和水平荷载存在着耦合效应,外加扭矩显著降低群桩沿荷载方向上的承载能力,水平荷载对群桩扭转刚度有一定提高作用;群桩水平剪力、弯矩和扭矩分配的不均匀性十分明显,与桩所处位置有关;偏心距越大,内力分配越不均匀;水平剪力与扭转抗力对抵抗外加扭矩都发挥着重要作用,随着外荷载的增加,水平剪力所占比重逐渐增大。由于推扭荷载下群桩各基桩的剪力与位移方向各不相同,且每排桩剪力差异巨大,计算时的p乘子取值并不能按照传统的水平荷载下的群桩进行,并结合GROUP计算,在此提出了新的p乘子修正方法,以及群桩中各基桩平均扭转刚度相对于单桩扭转试验的增强系数。在上述成果的基础上提出了水平偏心荷载下群桩的计算方法。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 项目的工程背景

1.3 国内外研究现状

1.3.1 单桩水平受荷的研究现状

1.3.2 单桩扭转受荷的理论与试验研究

1.3.3 群桩水平受荷的研究现状

1.3.4 群桩扭转性状的研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 水平偏心荷载下群桩模型试验

2.1 引言

2.2 试验概况

2.2.1 试验模型槽

2.2.1 试验桩的制备

2.2.3 地基制备

2.2.4 打桩

2.2.5 群桩的制作

2.3 试验内容

2.3.1 单桩水平静载试验

2.3.2 单桩扭转静载试验

2.3.3 钢管桩群桩水平偏心静载试验

2.4 本章小结

3 水平偏心荷载下群桩模型试验结果及分析

3.1 引言

3.2 单桩试验结果分析

3.2.1 单桩水平静载试验结果

3.2.2 单桩扭转静载试验结果

3.3 群桩荷载-位移曲线分析

3.4 群桩桩头内力分配规律

3.4.1 桩头剪力

3.4.2 桩头弯矩

3.4.3 桩头剪力分配规律

3.4.4 桩头剪力与扭矩对总扭矩的贡献

3.5 水平荷载和扭矩荷载的耦合效应分析

3.5.1 水平荷载对桩扭转响应的影响

3.5.2 扭矩荷载对桩水平响应的影响

3.6 群桩中各基桩位移方向不同于剪力方向的原因分析

3.7 本章小结

4 水平偏心荷载下群桩模型试验数值计算与分析

4.1 引言

4.2 计算模型综述

4.3 基本计算参数取值与单桩试验计算分析

4.4 群桩水平受荷计算中尸乘子的设置方法

4.5 群桩水平偏心受荷计算分析

4.5.1 不考虑群桩效应的群桩水平偏心试验计算分析

4.5.2 传统p乘子计算方法的适用性分析

4.5.3 按照水平加载群桩设置p乘子后的计算分析

4.5.4 p乘子取值的修正方法

4.6 本章小结

5 水平偏心荷载下群桩的设计计算方法

5.1 引言

5.2 水平偏心荷载下群桩问题中承台的受力分析

5.3 水平刚度的确定方法

5.4 扭转刚度的确定方法

5.5 本章小结

6 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

作者简历及发表文章情况

作者简历

硕士期间完成的主要学术论文