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刚性桩复合地基沉降计算方法的研究及其工作性状的有限元分析

作　者: 王慧萍
导　师: 郑刚
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 刚性桩复合地基沉降计算褥垫层土工格室
分类号: TU433
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

刚性桩复合地基是采用刚度较大的混凝土桩或高标号CFG桩作为竖向增强体的复合地基,在其桩顶与基底之间铺设一定厚度的褥垫层,用以调节桩-土之间的荷载分配。对于刚性桩复合地基,与浅基础、桩基础相比较,其理论还不成熟,落后于实践,尤其是沉降计算理论。本文通过工程实例对刚性桩复合地基沉降的三种计算方法,即,规范CFG桩法、龚晓南法、双层应力法,进行对比、分析。利用规范CFG桩法计算的沉降量与实测沉降量比较贴近,但是,其加固区复合模量计算方法的根据有待完善;龚晓南法给出的桩端刺入下卧层的变形量目前尚没有充足的依据;双层应力法在理论上比较合理,但在实际应用上,应力水平系数不易准确确定。通过本文的分析,提出对于桩端下卧层承载力较高的地基,采用规范的CFG桩法计算复合地基的沉降比较贴近实际情况。本文还利用有限元程序,计算和分析了褥垫层厚度、刚度变化对刚性桩复合地基工作性状的影响。并且,以某城市高速铁路路基处理为算例,在路基处理时褥垫层中设置两层土工格室,用有限元计算其对刚性桩复合地基工作特性的影响,得出以下结论:褥垫层中加设土工格室后,可以提高复合地基的承载力,减小沉降及沉降差,使得复合地基的沉降更为均匀,为实际工程的优化设计提供依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章概述  8-26
  1.1 复合地基基本理论  8-17
    1.1.1 复合地基的定义及分类  8
    1.1.2 复合地基的特点  8-9
    1.1.3 复合地基效应及破坏模式  9-11
      1.1.3.1 复合地基效应  9-10
      1.1.3.2 复合地基的破坏模式  10-11
    1.1.4 三种典型桩体复合地基的特点  11-12
    1.1.5 复合地基的承载力与沉降计算  12-17
      1.1.5.1 桩土荷载分担比和桩土应力比  12-13
      1.1.5.2 复合地基的承载力计算  13-14
      1.1.5.3 复合地基的沉降计算  14-17
  1.2 刚性桩复合地基概述  17-24
    1.2.1 刚性桩复合地基的概念  17-18
    1.2.2 刚性桩复合地基褥垫层的作用  18-20
    1.2.3 垂直荷载作用下刚性桩复合地基的性状  20-24
      1.2.3.1 刚性桩复合地基内力分布特征  20-21
      1.2.3.2 垂直荷载作用下刚性桩复合地基桩、土受力特性  21-22
      1.2.3.3 刚性桩复合地基变形特征  22-24
  1.3 本文研究的内容及意义  24-26
第二章刚性桩复合地基承载力与沉降计算  26-52
  2.1 刚性桩复合地基设计原理  26-27
  2.2 刚性桩复合地基承载力与沉降计算  27-36
    2.2.1 刚性桩复合地基设计对勘察的要求  27
    2.2.2 工程中刚性桩复合地基承载力与沉降常用计算方法  27-36
      2.2.2.1 利用规范的CFG 桩复合地基的计算公式  27-31
      2.2.2.2 利用龚晓南提出的刚性桩复合地基的计算公式  31-33
      2.2.2.3 双层应力法计算刚性桩复合地基的沉降  33-36
  2.3 工程实例概述  36-38
    2.3.1 上部结构概况  36
    2.3.2 工程地质条件概况  36-38
      2.3.2.1 工程地层综合柱状状图  37
      2.3.2.2 场地各层土的物理力学性质指标统计表  37-38
  2.4 工程实例的承载力与沉降计算  38-46
    2.4.1 利用规范的CFG 桩复合地基的计算公式计算工程实例的承载力与沉降值  39-42
      2.4.1.1 承载力计算  39-40
      2.4.1.2 沉降计算  40-42
    2.4.2 利用龚晓南提出的刚性桩复合地基的计算公式计算工程实例的承载力与沉降值  42-44
      2.4.2.1 承载力计算  43
      2.4.2.2 沉降计算  43-44
    2.4.3 双层应力法计算刚性桩复合地基的沉降  44-46
  2.5 刚性桩复合地基三种计算方法的对比与分析  46-52
    2.5.1 工程实例的静载荷实验及沉降观测记录  46-49
      2.5.1.1 工程实例的静载荷实验  46-47
      2.5.1.2 工程实例的沉降观测记录汇总  47-49
    2.5.2 承载力计算的对比与分析  49
    2.5.3 沉降计算的对比与分析  49-52
第三章刚性桩复合地基有限元分析  52-71
  3.1 有限元分析方法及模型  52-57
    3.1.1 有限单元法的发展概况  52-53
    3.1.2 有限元分析基本理论  53-56
    3.1.3 弹塑性分析  56
    3.1.4 弹塑性模型  56-57
  3.2 ANSYS 有限元程序  57-59
    3.2.1 ANSYS 有限元程序的分析功能  57-58
    3.2.2 ANSYS 有限元程序的前后处理功能  58-59
    3.2.3 ANSYS 有限元程序的图形处理功能  59
    3.2.4 ANSYS 有限元程序的方程组求解器  59
  3.3 单桩竖向荷载作用下有限元分析  59-62
  3.4 利用有限元分析褥垫层厚度对刚性桩复合地基工作特性的影响  62-65
    3.4.1 褥垫层厚度对刚性桩复合地基桩土应力比、沉降及承载力的确定的影响  62-63
    3.4.2 褥垫层模量对刚性桩复合地基桩土应力比、沉降的影响  63-65
  3.5 褥垫层内设置土工格室对刚性桩复合地基工作特性影响的有限元分析  65-71
    3.5.1 有限元分析的计算参数和计算模型  67-68
    3.5.2 有限元计算分析  68-71
第四章结论与展望  71-73
  4.1 结论  71
  4.2 展望  71-73
参考文献  73-76
发表论文的情况  76-77
致谢  77

刚性桩复合地基沉降计算方法的研究及其工作性状的有限元分析

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