竖向荷载作用下螺杆挤扩支盘桩受力特性分析

摘要

螺杆挤扩支盘桩是一种上部为直线段，中部为螺纹段，下部具有承力盘的组合式桩基，与传统的直孔桩及螺杆桩相比，能够更充分的利用桩身侧摩阻力和端阻力。目前，在施工中为了提高螺杆桩桩端阻力的发挥，主要是利用高压混凝土喷射在桩底形成扩径体。挤扩支盘桩在成桩施工过程中，通过挤扩臂在桩身适当部位挤扩形成承力盘腔体，提高了端阻力的发挥和利用。螺杆挤扩支盘桩作为一种由螺杆桩与挤扩支盘桩相结合形成得新型组合式桩基，相当于在螺杆桩下部加入承力盘增加桩端阻力的发挥，在挤扩支盘桩中部设置螺纹段，不仅可以使桩身承载被充分发挥又可以减少混凝土的用量，具有很好的经济效益。
　　本文完成的主要工作如下:(1)通过利用有限元软件进行数值模拟分析了螺杆挤扩支盘桩在粘土中单桩承载机理，并与螺杆桩和普通直孔桩进行分析比较。(2)分析了螺杆挤扩支盘桩单桩受力性能及承载能力，在不同的桩型参数的影响下承载力的变化，根据数值模拟的结果选取合适的桩型参数，使其承载力能够充分发挥，所得结论为螺杆挤扩支盘桩的设计生产提供了参考依据。(3)选取合适的桩型参数，分析了螺杆挤扩支盘桩在桩间距分别为3倍桩径和6倍桩径时四桩的群桩承载性能并与普通直孔桩群桩进行了分析对比。
　　通过分析研究主要获得以下结论和创新:
　　(1)在单桩承载力分析中，螺杆挤扩支盘桩的承载力较普通直孔桩比较提高了50％，与螺杆桩比较又提高了22％，在相同荷载作用下螺杆挤扩支盘桩中承力盘对降低桩身沉降发挥重要的作用。螺杆挤扩支盘桩中螺纹段部分叶片与土体的机械咬合作用，使桩周土发生剪切破坏，螺纹段的侧摩阻力提高系数为1.42左右，桩土相对滑移作用，螺纹段桩身半径“扩大”了1/2。
　　(2)通过桩型参数对螺杆挤扩支盘桩的受力性能和承载能力的影响性分析，得到了在粘土中适宜的直线段长度、盘径比、螺纹内径和螺纹间距。
　　(3)通过群桩有限元分析，发现在桩间距为3D和6D四桩群桩中，螺杆挤扩支盘桩的承载力较普通直孔桩比较有很大提高，对桩周土的沉降影响深度和范围不同。在群桩中，当桩间距较小时，螺杆挤扩支盘桩中的桩间土与桩基之间形成的整体效应发挥的更加明显，螺纹段内侧和承力盘与桩间土的相互作用被削弱;当桩间距较大时，桩间土与桩基之间的整体效应减弱，各基桩的承载机理更趋近于单桩。

目录

声明

致谢

摘要

1绪论

1．1 螺杆桩与挤扩支盘桩国内外研究现状

1．1．1螺杆桩的国内外研究现状

1．1．2挤扩支盘桩的国内外研究现状

1．2群桩基础概述

1．3课题研究的意义和主要内容

1．3．1本文研究的意义

1．3．2本文研究的主要内容

2竖向荷载作用下螺杆挤扩支盘桩承载特性理论分析

2．1螺杆挤扩支盘桩的承载特性分析

2．2单桩竖向荷载的传递

2．2．1桩土体系的荷载传递

2．2．2影响荷载传递的因素

2．3桩土荷载传递理论分析方法

2．4螺杆挤扩支盘桩侧摩阻力影响因素分析

2．4．1 桩侧土的性质与土层分布

2．4．2桩端土层及承力盘土层性质

3．4．3桩的几何特征

2．4．4成桩效应

2．5螺杆挤扩支盘桩端阻力影响因素分析

2．5．1桩端土的性质

2．5．2桩身的几何特性

2．5．3挤土效应

2．6螺杆挤扩支盘桩破坏模式分析研究

2．6．1地基破坏过程分析

2．6．2桩身强度破坏

3．1概述

3．1．1 Midas GTS软件简介

3．2有限元建模

3．2．1基本假定

3．2．2模型材料及本构模型的选取

3．2．3 网格划分

3．2．4界面单元设置

3．2．5极限荷载理论计算

3．3单桩承载力分析

3．3．1沉降分析

3．3．2桩身轴力分析

3．3．3桩身摩阻力分析

3．3．4桩侧土变形分析

3．3．5桩侧土剪应力分析

3．4本章小结

4．1 概述

4．2上部直线段长度对桩沉降量及桩身应力分布的影响

4．2．1 沉降分析

4．2．2桩身应力分析

4．3盘径比对桩沉降量及桩身应力分布的影响

4．3．1沉降分析

4．3．2桩身应力分析

4．4螺纹内径对桩沉降量及桩身应力分布的影响

4．4．1沉降分析

4．4．2桩身应力分析

4．5螺纹间距对对桩沉降量及桩身应力分布的影响

4．5．1沉降分析

4．5．2桩身应力分析

4．6本章小结

5竖向荷载作用下螺杆挤扩支盘桩群桩受力分析

5．1 螺杆挤扩支盘桩群桩受力机理和破坏形式理论分析

5．1．1群桩受力机理

5．1．2群桩效应

5．1．3群桩的破坏形态

5．2螺杆挤扩支盘桩群桩有限元分析

5．2．1 桩间距为3倍桩径四桩分析

5．2．2桩间距为6倍桩径四桩分析

5．3本章小结

6．1 结论

6．2展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集