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静压管桩全过程压力量测及承载力特性研究

作　者: 翟晓炜
导　师: 任秀峰
学　校: 郑州大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 静压管桩 半解析半数值 荷载传递特性 承载力特性 模型试验
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 13次
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内容摘要


近年来,桩基础特别是静力压入管桩在全国得到全面推广,其应用数量很大,范围也是十分广阔的,但静压管桩的理论研究滞后于应用,桩侧压力和摩阻力等一系列问题急需解决。通过试验研究是解决这一问题的非常重要的方法。但传统试验方法存在很大的缺陷与误差。本文提出一种基于板壳理论的半解析半数值的数学方法,结合静压管桩压入和静载的室内模型试验,可以正确地将桩身应变值转换为所需要的桩侧压力和摩阻力。该方法能够弥补传统方法的不足,可以较直观的得出桩的压入和静载过程中的侧压力和摩阻力的动态变化。在此基础上本文主要作了以下几方面的研究工作:(1)提出一种基于板壳理论的半解析半数值的数学方法,即通过测量桩身应变反算出桩侧压力和摩阻力的分布。详细阐述了该反算方法的原理,并利用有限元分析软件ANSYS模拟了静压管桩的受力情况,使用此方法进行反算,验证了该反算方法的正确性。(2)采用有机玻璃管作为模型桩在室内自制砂箱中,进行了静压管桩的压入和静载两种室内模型试验,采用本文所提出的方法计算出了桩在压入和静载过程中的侧压力和摩阻力分布。(3)分析了桩在压入和静载过程中的侧压力和摩阻力变化规律及二者关系与理论值的不同点。计算出了压入和静载两种过程中的土压力系数,并与三种理论土压力系数进行了对比分析。(4)在静载试验基础上,得出了桩顶荷载与桩顶位移的P-S曲线、各级荷载作用下的桩身轴力变化曲线,对桩的承载力特性进行了研究。同时测得了桩周土随着桩顶荷载增加而变化的情况。并对砂土中单桩承载力的时效性进行了研究。本文所提出的方法能够实时正确地计算出静压管桩的应力分布,在室内模型试验基础上得出了静压管桩在砂土中的荷载传递特性与承载力特性,为桩基础力学性能分析与实际工程测量提供了有力的支持。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 静压桩竖向承载力分析  10-13
    1.2.1 静压桩的沉桩机理  10-11
    1.2.2 静压桩的荷载传递机理  11-12
    1.2.3 静压桩侧摩阻力分析  12
    1.2.4 静压桩端阻力分析  12-13
  1.3 静压桩的受力特性研究方法及国内外的研究现状  13-21
    1.3.1 理论方法  13-16
    1.3.2 数值分析方法  16-17
    1.3.3 试验方法  17-21
  1.4 本文的主要工作  21-23
第二章 反算方法原理及ANSYS验证  23-37
  2.1 本反算方法的提出及优点  23-25
  2.2 基本原理  25-29
    2.2.1 结构力学原理  25-26
    2.2.2 建立反算方程  26-27
    2.2.3 桩结构分析  27-28
    2.2.4 敏感性矩阵[S]  28
    2.2.5 α值的计算  28-29
    2.2.6 计算步骤总结  29
  2.3 ANSYS模拟验证  29-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 室内模型试验  37-46
  3.1 模型砂箱设计  37-39
    3.1.1 加载及反力装置  38-39
    3.1.2 模型砂的制备  39
  3.2 测试仪器、元件  39-40
  3.3 模型桩  40-43
    3.3.1 管桩的制作  41
    3.3.2 应变片及测读仪器  41-42
    3.3.3 应变片的贴置  42-43
  3.4 仪器的连接  43
  3.5 试验过程  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 静压管桩压入过程分析  46-58
  4.1 压入过程中侧压力和摩阻力分析  46-52
  4.2 侧压力与摩阻力关系分析  52-54
  4.3 土压力系数  54-55
  4.4 桩端残余应力  55-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章 静压管桩单桩静载过程分析  58-72
  5.1 单桩静载侧压力和摩阻力分析  58-62
  5.2 单桩静载侧压力与摩阻力关系分析  62-63
  5.3 单桩静载土压力系数分析  63-64
  5.4 单桩静载P-S曲线  64-65
  5.5 桩身轴力结果分析  65-66
  5.6 桩-土相互影响实验研究及分析  66-68
  5.7 时效性研究与分析  68-70
  5.8 本章小结  70-72
第六章 结论与展望  72-75
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间参与项目及其研究成果  79

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 桩基及深基础 > 桩基
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