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桩-土-承台共同作用的试验研究和有限元分析

作　者: 李明
导　师: 梁仁旺
学　校: 太原理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 摩擦型群桩 承台 共同作用 荷载分担 有限元
分类号: TU470
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


多年来，许多学者对于“桩与土的共同作用”做了一些尝试，但是作为现场原位试验的情况就很少了。近年来随着城市建设和工业建设的发展，大规模的群桩基础采用较多。掌握群桩基础的工作性能，做到合理设计，具有现实的意义，大量的模型试验和工程实测均表明，群桩基础的工作性状明显区别于单桩，它受承台、桩、土相互作用的影响。某电厂工程拟建新机组。根据初步设计，主厂房采用天然地基难以实现。鉴于这样的情况，该工程选用钢筋混凝土预制方桩，为柱一桩式群桩基础。为了节约工程造价和向设计提供可靠的设计参数，揭示承台与桩、土的协同工作机理和获得桩基设计的技术与经济分析资料，同时也为今后工程桩的优化设计和施工提供依据，进行了这次现场群桩试验，用以丰富这方面的研究工作。本文通过安设测试仪器对四个承台下基土反力、桩侧阻力等进行了测定。根据试验结果分析了承台、桩、土的相互作用 太原理工大学硕士研究生学位论文机理，对不同桩间距、不同桩数的承台下基土反力的分布，荷载分担等进行了研究;并通过试验并联合著名有限元分析软件ANSYS对该工程的部分群桩基础在线性工作阶段的性状进行科学的计算分析。在文章的最后得出了一些对工程设计和桩基发展有价值的结论和建议。 主要结论是:①在工作荷载条件下，ANSYS有限元线弹性模型是可以作为参考使用的，其计算沉降的结果满足工程要求。②承台底土反力基本呈现中间小、周围大的马鞍型分布。③桩间土是能够分担荷载的，从长期观测来看，其分担比例将最终趋近于20%左右。④基本均匀等长布桩，桩筏(承台)基础桩顶反力总表现为:角桩最大、边桩次之、中心桩最小。⑤通过对比小群桩承台和大群桩承台的沉降，可以看出后者的沉降量要明显的小于前者，认为承台的面积是可以改善基础沉降量的。 主要建议是:①承台底土可以有效分担20%左右的上部结构传递下来的竖向荷载。所以考虑电厂工程设计时，可以提高群桩设计值，减少桩数，从而降低工程造价。②考虑优化桩基设计，可以调整桩的布置方式。推荐“外疏内密”(外弱内强)的优化理念。③C、D承台的设计可能偏于保守了，可以适当 2太原理工大学硕士研究生学位论文降低筏板厚度，减少桩量，同时在沉降要求不很严格的情况下，适当考虑“外疏内密”的设计理念。

全文目录


第一章 前言  12-21
  1 、 桩基础的发展历史  12-13
  2 、 预制桩的介绍及其发展  13-14
    (1) 预制桩的介绍  13-14
    (2) 预制桩的应用和发展  14
  3 、 高层建筑与地基基础共同作用发展概论  14-16
  4 、 桩基础技术面临的挑战  16
  5 、 我国基础工程的发展  16-18
  6 、 桩基础变形控制设计的研究展望  18-19
  7 、 本文研究的意义  19
  参考文献  19-21
第二章 桩-土共同作用的论述  21-40
  1 、 桩土共同作用的研究现状和存在问题  21-22
  2 、 承台承担上部垂直荷载份额  22-24
  3 、 竖向荷载下群桩与土的共同作用分析  24-27
  4 、 群桩竖向受压的工作性状  27-36
  5 、 地基土的应力状态  36-37
  参考文献  37-40
第三章 桩土共同作用的相关计算方法与模型介绍  40-50
  1 、 《建筑桩基技术规范(JGJ94-94) 》推荐方法  40-44
  2 、 弹性理论方法的解决  44-46
    (1) 以位移基本解为基础的计算方法(位移法)  45
    (2) 以应力解为基础的计算方法(应力法)  45-46
  3 、 有限层-有限元混合法研究桩与土的共同作用  46-49
  参考文献  49-50
第四章 高层建筑桩基优化理论与设计中的主动控制  50-60
  1 、 最优化理论的概述  50
  2 、 最优化理论在桩-筏基础设计中的应用  50-54
    (1) 现有桩基优化方法评述  51-52
    (2) 桩-筏基础的优化设计理论  52-53
    (3) 桩-筏(承台)基础优化设计的分析方法  53-54
  3 、 桩-筏基础优化设计中若干问题的探讨  54-56
    (1) 关于桩-筏基础设计的控制标准  54
    (2) 关于桩的布置方式  54-55
    (3) 关于筏板下土体的承载力  55-56
  4 、 高层建筑桩-筏基础的主动控制  56-58
    (1) 主动控制--外疏内密(内强外弱)的指导思想  56
    (2) 已有共同作用理论的分析  56-57
    (3) 外疏内密--一种新的布桩方式  57-58
  参考文献  58-60
第五章 高层建筑桩-土共同作用的现场原位实测研究  60-82
  1 、 工程概况  60-62
    (1) 前言  60
    (2) 工程地质情况  60-61
    (3) 承台场地布置图  61-62
  2 、 测试准备工作情况和主要工作措施  62-66
    (1) 实验设计方案  62-64
    (2) 桩型的选择和成桩方法  64
    (3) 实测的内容和方法  64-65
    (4) 压力盒介绍  65-66
    (5) 测试的准备和历程  66
  3 、 实验结果与分析  66-81
    (1) 数据处理综述  67-69
    (2) 实验结果分析  69-72
    (3) 承台底土反力分布  72-79
    (4) 桩-土荷载分担比随时间变化情况  79-80
    (5) 承台的沉降变形随时间的变化情况  80-81
  参考文献  81-82
第六章 ANSYS在桩土共同作用的分析与应用  82-99
  1 、 有限元以及ANSYS的介绍  82-83
  2 、 理想的土体接触面单元介绍  83-86
  3 、 桩-土-承台共同作用ANSYS模型的建立  86-87
  4 、 线弹性阶段的有限元计算分析  87-97
    (1) 桩距不同的影响  87-92
    (2) 桩身压缩的变化  92-93
    (3) 群桩基础向实体基础的过渡性研究  93-97
  参考文献  97-99
第七章 结束语  99-101
  1 、 结论  99-100
  2 、 对电厂下期工程的建议  100
  3 、 本次测试的不足之处  100-101
附录  101-104
  附表-1  101
  附表-2  101-102
  附表-3  102-103
  附表-4  103-104
附图  104-110
致谢  110-111
攻读学位期间发表的学术论文  111

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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 > 地基和基础的理论和计算
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