变截面桩的竖向承载性状模型试验研究

论文摘要

随着桩基础在实际工程中的应用越来越多，桩基础的变形问题、承载力问题以及工程造价也逐渐成为建筑领域中非常令人关注的问题。在这种背景下，众多的学者和工程技术人员对桩基础的研究与应用进行了不断地探索与创新，许多新桩型也不断涌现出来，变截面桩就是其中一种。变截面桩在减小沉降、增加桩基安全性、降低基础工程造价等方面都取得了较为显著的社会效益和经济效益，但日前关于变截面桩的理论研究成果还相对较少。本论文结合铁道部2009年重点课题—软土地区大直径变截面桩承载性状及设计方法研究（项目编号:2009G010-D），利用自行研发的试验装置进行了半桩模型试验研究。并基于该模型试验结果并结合以往的桩基试验资料，分析了其荷载-沉降曲线（P-S曲线）、桩身轴力分布情况、桩身侧摩阻力分布情况、变截面处土体阻力及桩端土体阻力情况，并与常规等截面桩进行比较，进而研究变截面桩的竖向承载特性以及不同变径比对变截面桩竖向承载特性的影响。本文以模型试验研究为主，以有限元数值模拟分析作为辅助手段，利用大型通用有限元软件ANSYS10.0对变截面桩的承载性能进行模拟计算,将模拟结果与模型试验的结果相比较，进一步探索并总结变截面桩的承载机理。最后根据模型试验和数值分析的结果，初步提出了变截面单桩的竖向承载力及沉降变形计算公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桩基础概述
• 1.1.1 桩基础的历史
• 1.1.2 桩基础的功能及分类
• 1.1.3 桩基础的特点及适用条件
• 1.2 竖向荷载作用下桩基的研究现状
• 1.2.1 单桩竖向承载力研究
• 1.2.2 桩基沉降研究现状
• 1.3 桩基模型试验的研究现状
• 1.3.1 国外的模型试验研究现状
• 1.3.2 国内的模型试验研究现状
• 1.4 变截面桩的研究和应用现状及水平
• 1.4.1 楔形桩的研究现状
• 1.4.2 阶梯形变截面桩的研究现状
• 1.4.3 钉形水泥土搅拌桩的研究现状
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第二章 变截面桩竖向承载性状模型试验设计及实践
• 2.1 引言
• 2.2 模型试验的理论基础
• 2.2.1 相似理论
• 2.2.2 相似性准则
• 2.3 模型试验方案设计
• 2.3.1 试验原型
• 2.3.2 模型相似比
• 2.3.3 模型箱
• 2.3.4 模型加载装置
• 2.3.5 数据量测系统
• 2.3.6 模型试验加载方案
• 2.4 模型试验准备工作及具体步骤
• 2.4.1 地基土材料的选取、参数确定及其制备
• 2.4.2 桩身材料的选取及其参数的的量测
• 2.4.3 电阻应变片的黏贴
• 2.4.4 模型桩的布置及埋设
• 2.4.5 土层相关参数的测试
• 2.4.6 安装调试数据采集系统
• 2.4.7 竖向加载试验
• 2.5 本章小结
• 第三章 模型试验结果整理与分析
• 3.1 土工试验结果整理与分析
• 3.1.1 室内土工试验
• 3.1.2 模型箱内土体的承载力试验
• 3.2 单桩静载试验结果整理与分析
• 3.2.1 荷载沉降数据整理及两者关系分析
• 3.2.2 桩身轴力数据整理及其分布规律分析
• 3.2.3 桩身侧摩阻力数据整理及其分布规律分析
• 3.2.4 桩身变截面处及桩端处土体阻力数据整理及其分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 变截面桩竖向承载性状的有限元数值模拟分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 有限元法简介
• 4.1.2 ANSYS 软件简介
• 4.1.3 ANSYS 软件在基础工程中的应用
• 4.2 桩土接触分析在 ANSYS 中的实现
• 4.2.1 接触分析概述
• 4.2.2 ANSYS 的接触算法
• 4.2.3 单元类型
• 4.2.4 接触面参数取值
• 4.3 本构模型与计算参数
• 4.3.1 桩土本构模型的选择
• 4.3.2 桩身材料的本构模型及其参数
• 4.3.3 土体材料的本构模型及其参数
• 4.4 单桩静载试验的有限元模拟
• 4.4.1 模型尺寸及边界约束
• 4.4.2 基本假定及相关参数的设置
• 4.4.3 初始地应力的处理
• 4.4.4 变截面单桩静载试验的有限元数值仿真分析的具体过程
• 4.5 数值模拟计算结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 变截面桩竖向承载力的计算公式探讨
• 5.1 变截面桩单桩的竖向承载状态的划分及临界状态的选取
• 5.2 变截面单桩的极限承载力计算公式推导
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 本文的主要结论
• 6.3 展望与建议
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢