长短桩复合地基数值模拟及设计计算

论文摘要

随着我国土木工程建设的发展,地基基础方面也不断涌现出新工艺、新技术,并在工程实践中迅速应用。长短桩复合地基技术就是其中之一,一般来讲,这种技术是利用刚性长桩和刚性、半刚性或柔性短桩相结合对地基进行的综合处理,并铺设柔性垫层,使长桩—短桩—土—承台共同作用。一般来说,短桩主要是对土体进行处理,提高地基承载力;长桩在增加地基的承载力的同时更重要的是控制整体的沉降。这种地基处理方式,实际上是我国的工程技术人员,结合我国的国情,在不断总结以往的工程经验而发展起来的一种新型的地基处理方式。长短桩复合地基是在传统设计方法和总结前人经验基础上形成的,与其他地基处理相比,它的理论分析远远落后于工程实践。为了研究长短桩复合地基的变形特性,本文根据国家自然基金资助项目“长短桩复合地基的变形性状分析及其试验研究”(项目号:50678110)的研究内容,利用ANSYS5.7有限元分析程序,建立长短桩复合地基基本模型,进行长短桩复合地基的变形性状数值模拟研究,以期为这种复合地基形式的合理性提供理论依据,进一步加强其作用原理的理解和推广应用。本文利用在基本模型的基础上,通过改变荷载值、长桩模量、长桩桩体长度、垫层厚度等因素,分析长短桩复合地基变形特性。通过分析与理论研究,得到如下结论:1、在长短桩复合地基中,长桩桩身应力沿深度变化曲线的一个重要特征是其最大应力点不在桩顶,而是在桩顶下的某一深度处,在这个深度以上,桩身应力沿深度逐渐增大,在这个深度以下,桩身应力逐渐减小。2、在长短桩复合地基中,短桩桩身最大应力点出现在桩顶处,桩身应力从桩顶沿深度减小。3、随着长桩桩体模量的增加,承台、长桩、短桩的沉降也相应减小,但减小的幅度越来越小。长桩各桩体的应力也越来越大,说明随着桩体模量的增加,长桩的应力集中就越明显,长桩承担的荷载越大。长桩中桩、边桩和角桩的应力在每级模量的情况下,都呈现出角桩应力>边桩应力>中桩应力的规律。4、随着长桩桩长的增大,长桩、短桩的沉降也相应减小,长桩各桩体的应力也随之增加,但增加的幅度不大。表明长桩桩体存在一个有效桩长。5、随着垫层厚度的增大,长桩桩体沉降也随之增加,承台和长桩各桩体的最大应力值随之降低,但变化越来越不明显。6、置换率越大,复合地基的沉降值减小,桩体荷载分担比增大。7、工程实际设计,要满足现行相关设计规范要求,同时加强原位测试及检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合地基基本理论概述
• 1.2.1 复合地基的概念与分类
• 1.2.2 复合地基的形成条件和作用
• 1.3 长短桩复合地基的产生
• 1.4 长短桩复合地基的概念
• 1.5 长短桩复合地基的研究现状
• 1.5.1 国外研究现状
• 1.5.2 国内研究现状
• 1.6 本文研究内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 有限单元法介绍
• 2.1 引言
• 2.2 有限单元法的基本原理
• 2.3 有限单元法分析问题的基本步骤
• 2.4 有限元的三维等参单元及其位移函数
• 2.5 有限元对网格划分的要求
• 2.6 有限元分析所选单元类型、本构模型
• 2.6.1 有限元分析单元类型
• 2.6.2 有限元分析的本构模型
• 2.7 ANSY55.7 程序简介
• 第三章 长短桩复合地基模型和计算分析
• 3.1 建立基本模型
• 3.2 基本模型条件下的受力特性
• 3.2.1 长桩的受力特性
• 3.2.2 短桩的受力特性
• 3.2.3 整体复合地基的受力特性
• 3.3 不同因素对长短桩复合地基的特性分析
• 3.3.1 荷载变化对复合地基特性的影响
• 3.3.2 长桩桩体模量E 变化对复合地基特性的影响
• 3.3.3 长桩桩体长度变化对复合地基特性的影响
• 3.3.4 垫层厚度变化对复合地基特性的影响
• 3.3.5 置换率的变化对复合地基特性的影响
• 第四章 长短桩复合地基计算方法研究
• 4.1 承载力计算
• 4.2 沉降计算
• 4.3 设计计算的探讨
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 工程地质条件
• 4.3.3 工程实例及其设计
• 4.3.4 复合地基检测试验
• 4.3.5 实测沉降数据与理论计算的对比
• 4.3.6 设计计算与实测数据的对比
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文