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新型带肋预应力管桩沉降影响的数值分析

作　者: 乔燕燕
导　师: 牛志荣
学　校: 太原理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 新型带肋预应力管桩 Mindlin解 MIDAS/GTS软件数值分析影响因素
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在21世纪的今天,桩基的施工技术不断地更新和改进,正朝着低公害工法桩方向、扩孔桩方向、异型桩方向、埋入式桩方向、组合式工艺桩方向、高强度桩方向以及多种桩身材料等方向发展。在这种发展趋势下,浙江天海管桩有限公司提出了一种新型的桩基础——新型带肋预应力管桩,基于桩-土接触面积来提高单桩承载力,可以通过静压置入土体,接桩头时采用机械快速接技术取消了焊接接桩,有着施工方便、成桩质量稳定、噪音低等优点。作为一种相对较新的桩型,目前新型带肋预应力管桩这项新技术尽管工程实践效果明显,但整体上仍处于技术开发和推广应用阶段,理论上缺乏系统地研究。与传统预应力管桩相比,桩体外侧加设了环状凸肋和纵状凸肋。因此,研究肋部构造尺寸变化对沉降的影响规律,可以为今后工程施工、设计提供合理的依据。本文基于现场静载荷试验,结合日本的竹节桩的研究,对新型带肋预应力管桩的单桩沉降进行探讨。本文主要作了以下研究:1、在总结单桩沉降计算方法的基础上,结合《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),考虑桩径影响的Mindlin解计算地基土附加应力,基于弹性理论法,推导出竖向荷载作用下新型带肋预应力管桩的沉降计算公式。结合浙江杭州的两个工程实例,采用15m和24m两种不同桩长的新型带肋预应力管桩的竖向抗压静载试验结果进一步验证了推荐计算方法的适用性。并且改变环状凸肋下部宽度时,在两组对比中均发现,桩顶沉降随着环状凸肋下部宽度的增大而增大,但变化幅度越来越小。每级荷载作用下的相差趋势基本不变,相对比较稳定。最后建议在实际工程应用中环状凸肋下部宽度应小于160mm。2、以现场静载试验的地质条件为参考,运用MIDAS/GTS软件进行数值分析,改变新型带肋预应力管桩的一些参数,并对这些参数的影响作出分析。(i)环状凸肋直径的影响荷载水平较小时,环状凸肋直径对桩顶沉降的影响不太明显;荷载水平较大时,环状凸肋直径较大的新型带肋预应力管桩沉降相对较小。相同荷载水平作用下,桩顶沉降随着环状凸肋直径的增大而减小,减小的幅度也越来越大。(ii)环状凸肋间距的影响荷载水平较小时,环状凸肋间距对桩顶沉降的影响不太明显;荷载水平较大时,桩顶沉降随着环状凸肋间距的增大而增大,环状凸肋间距小于1.5m时,增大的幅度较大。环状凸肋间距大于1.5m时,桩顶沉降随着环状凸肋间距的增大仍在增大,但增大的幅度明显变小。(iii)环状凸肋下部宽度的影响当环状凸肋下部宽度超过160mm后改变环状凸肋下部宽度已经对新型带肋预应力管桩没有意义,建议工程实际应用中环状凸肋下部宽度小于160mm。荷载水平较小时,环状凸肋下部宽度对桩顶沉降的影响不太明显;荷载水平较大时,环状凸肋下部宽度的影响越来越明显,相同荷载水平作用下,桩顶沉降随着环状凸肋下部宽度的增大而增大,增大的幅度也越来越大。该结论与本文第三章中计算公式与工程实例对比分析结果基本吻合,进一步证实了计算公式的适用性。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第一章概述  12-20
  1.1 预应力管桩发展  12-14
    1.1.1 预应力管桩在国外的发展  12-13
    1.1.2 预应力管桩在我国的发展  13-14
  1.2 预应力管桩的特点及存在的问题  14-16
    1.2.1 预应力管桩的特点  14
    1.2.2 预应力管桩存在的问题  14-16
  1.3 预应力管桩的改进  16-18
    1.3.1 竹节桩  16-18
    1.3.2 新型带肋预应力管桩  18
  1.4 问题的提出和本文的研究工作  18-20
    1.4.1 问题的提出  18-19
    1.4.2 本文研究的工作  19-20
第二章预应力管桩的单桩沉降计算方法  20-33
  2.1 单桩的沉降  20-21
  2.2 单桩的沉降计算方法  21-32
    2.2.1 弹性理论法  21-25
    2.2.2 剪切位移法  25-26
    2.2.3 荷载传递法  26-29
    2.2.4 分层总和法  29-30
    2.2.5 数值分析法  30-32
    2.2.6 其他方法  32
  2.3 本章小结  32-33
第三章新型带肋预应力管桩的单桩沉降计算  33-55
  3.1 MINDLIN 解的理论发展简介  33-39
    3.1.1 半无限弹性体中集中力课题MINDLIN 解  33-35
    3.1.2 GEDDES 应力解  35-37
    3.1.3 规范中普通桩的MINDLIN 应力解  37-39
  3.2 新型带肋预应力管桩沉降计算公式的推导  39-47
    3.2.1 基本假定  39-40
    3.2.2 新型带肋预应力管桩的沉降计算公式推导  40-47
    3.2.3 推荐公式的特点  47
  3.3 实例验证  47-53
    3.3.1 工程实例  48-49
    3.3.2 对比分析  49-53
  3.4 本章小结  53-55
第四章新型带肋预应力管桩沉降的数值模拟  55-116
  4.1 有限元方法概述  55-56
  4.2 MIDAS/GTS 简介  56-58
    4.2.1 MIDAS/GTS 程序简介  56-57
    4.2.2 MIDAS/GTS 操作流程  57-58
  4.3 新型带肋预应力管桩单桩沉降数值模拟与分析  58-62
    4.3.1 计算假定  59
    4.3.2 模型的建立  59-62
  4.4 桩型参数对沉降和桩体应力的数值分析  62-114
    4.4.1 不同环状凸肋直径的数值结果分析  62-81
    4.4.2 不同环状凸肋间距的数值结果分析  81-98
    4.4.3 不同环状凸肋下部宽度的数值结果分析  98-114
  4.5 本章小结  114-116
第五章结论与展望  116-119
  5.1 主要结论  116-117
  5.2 展望  117-119
参考文献  119-123
致谢  123-124
攻读硕士学位期间发表的学术论文  124

新型带肋预应力管桩沉降影响的数值分析

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