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高速铁路路基带帽单桩及桩筏复合结构承载力与沉降特性研究

作　者: 张明
导　师: 魏丽敏
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 带帽单桩桩筏复合结构沉降计算静载试验数值模拟
分类号: U213.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文以铁道部科技研究开发计划重点课题“杭甬铁路客运专线深厚软土区段施工新工艺研究”和“艰险山区高速铁路线下工程变形远程自动化综合监测系统研究”为依托,采用理论分析、现场试验、长期监测与数值模拟相结合的方法,对高速铁路路基下带帽单桩及桩筏复合结构的工作性状开展研究,主要工作与结论如下：(1)分别从带帽桩基荷载传递与沉降特性、桩筏基础的整体分析研究、群桩复合地基的应力研究、群桩基础的变形研究和沉降计算方法、土压缩性指标的确定、筏板分析以及理论计算方法几个方面进行文献调研,充分了解国内外的研究现状,为后续研究打下理论基础。(2)选取试验工点两根不同桩长、不同持力层的带帽单桩进行静载试验,获取各级试验荷载下的试桩沉降、地基土沉降、桩帽内力、桩身内力等数据,通过对试验数据的整理分析,研究带帽单桩的工作性状。(3)在对带帽单桩、桩筏复合结构沉降计算方法进行归纳总结的基础上,分别采用不同方法对带帽试验单桩、桩筏复合结构典型断面进行沉降计算。(4)根据有限元原理,基于矩形板分析理论,分析桩筏基础中桩土-筏的共同作用,并研制相应的沉降计算程序PRRTP,并对典型桩筏复合结构断面进行沉降计算；将上述带帽单桩、桩筏复合结构典型路基断面沉降计算结果分别与实测结果进行对比,分析各种沉降计算方法的误差原因,探讨其适用性。(5)采用有限元分析软件ABAQUS对带帽单桩静载试验进行数值模拟,将数值模拟结果与带帽单桩现场静载试验结果进行对比,具体对比内容包括：荷载-沉降曲线、桩帽下地基土竖向应力、桩顶轴力随荷载变化规律、桩土荷载分担比例等。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-11
第1章绪论  11-27
  1.1 研究目的和意义  11
  1.2 桩筏基础研究现状  11-21
    1.2.1 带帽桩基荷载传递与沉降特性  11-13
    1.2.2 桩筏基础的整体分析研究  13-14
    1.2.3 群桩复合地基的应力研究  14-15
    1.2.4 群桩基础的变形研究和沉降计算方法  15-18
    1.2.5 土压缩性指标的确定  18-20
    1.2.6 筏板分析  20-21
  1.3 理论计算方法概述  21-24
    1.3.1 简化计算方法  21-23
    1.3.2 弹性地基梁、板理论分析法  23
    1.3.3 上部结构与地基基础共同作用的分析法  23-24
  1.4 本论文的研究内容与方法  24-27
    1.4.1 技术路线图  24-25
    1.4.2 主要研究内容  25-27
第2章桩筏复合结构理论分析  27-47
  2.1 薄板理论  27-34
    2.1.1 基本假定  27-28
    2.1.2 基本方程  28-30
    2.1.3 数值解法  30-34
  2.2 厚板理论  34-40
    2.2.1 基本假定  34-35
    2.2.2 基本方程  35-37
    2.2.3 数值解法  37-40
  2.3 桩筏基础相对刚度及筏板厚度的确定  40-46
    2.3.1 桩筏基础相对刚度和筏板厚度的确定  40-44
    2.3.2 桩筏基础筏板的相对弯曲和整体弯矩  44-46
  2.4 本章小结  46-47
第3章带帽单桩加固深厚软土地基的承载机理与工作特性试验研究  47-73
  3.1 概述  47
  3.2 工程概况  47-49
    3.2.1 线路概况  47
    3.2.2 试验工点概况  47-48
    3.2.3 试验桩概况  48-49
  3.3 现场试验  49-59
    3.3.1 试验方案  49-54
    3.3.2 试验元件埋设及安装  54-56
    3.3.3 带帽桩基静载试验  56-59
  3.4 试验结果整理分析  59-70
    3.4.1 带帽单桩荷载P-沉降S特性分析  59-60
    3.4.2 荷载传递特性  60-61
    3.4.3 桩帽沉降与地基压缩特性  61-63
    3.4.4 桩帽下地基土竖向应力  63-65
    3.4.5 桩顶荷载变化规律  65-66
    3.4.6 荷载分担特性分析  66-68
    3.4.7 桩帽内力分布  68-70
  3.5 本章小结  70-73
第4章带帽单桩沉降计算方法对比分析  73-81
  4.1 概述  73
  4.2 计算对象及相关计算参数  73
  4.3 《建筑桩规》法  73-76
    4.3.1 计算理论  73-75
    4.3.2 简要计算过程与结果  75-76
  4.4 《铁路桥规》法  76-77
    4.4.1 计算理论  76
    4.4.2 简要计算过程与结果  76-77
  4.5 计算沉降与试验结果对比分析  77-79
  4.6 本章小结  79-81
第5章桩筏复合结构沉降分析  81-115
  5.1 桩筏复合结构沉降计算方法  81-106
    5.1.1 等代墩基法  81-83
    5.1.2 Mindlin-Geddes法  83-84
    5.1.3 《建筑地基基础设计规范》法  84-88
    5.1.4 考虑桩身压缩的群桩沉降修正计算方法  88-89
    5.1.5 《建筑桩规》法  89-92
    5.1.6 矩形薄板单元程序计算法  92-104
    5.1.7 群桩沉降计算方法的特点比较  104-106
  5.2 典型断面桩筏复合结构沉降计算与对比分析  106-113
    5.2.1 典型断面概况  106-108
    5.2.2 《建筑地规》法  108-109
    5.2.3 《建筑桩规》法  109-110
    5.2.4 考虑桩身压缩的群桩沉降修正计算法  110-111
    5.2.5 矩形薄板单元程序计算法  111
    5.2.6 各方法群桩沉降计算结果对比  111-113
  5.3 本章小结  113-115
第6章带帽单桩加固深厚软土地基数值模拟  115-127
  6.1 概述  115
  6.2 计算模型建立  115-117
    6.2.1 计算模型  115-117
    6.2.2 本构模型和计算参数  117
    6.2.3 荷载取值  117
  6.3 数值模拟结果分析  117-121
    6.3.1 应力场  117-120
    6.3.2 位移场  120-121
  6.4 数值分析结果与现场测试结果的对比分析  121-124
    6.4.1 P～S曲线  121-122
    6.4.2 桩帽下地基土竖向应力  122-123
    6.4.3 桩顶轴力  123-124
    6.4.4 荷载分担特性  124
  6.5 本章小结  124-127
第7章结论与展望  127-131
  7.1 本文研究工作总结  127-129
  7.2 对今后研究工作的展望  129-131
参考文献  131-137
攻读学位期间主要的研究成果目录  137-139
致谢  139

高速铁路路基带帽单桩及桩筏复合结构承载力与沉降特性研究

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