水平荷载作用下工字形桩的受力性能研究

发布时间：2020-07-03 16:52

【摘要】：随着土木工程的发展,桩基础已成为工程中应用最为广泛的基础形式之一。在工程建设需要的推动下,新的桩型、桩体材料及施工工艺不断涌现出来,专家和学者们在传统方桩与圆桩的基础上研发了许多异形桩。异形桩因其具有承载力高,工程造价低等优点已成为桩基础的主要发展方向。工字形桩是一种新型的异形桩,具有较大的比表面积,较高的竖向承载力,节约材料等优点。目前,对工字形桩的研究主要侧重于竖向荷载下桩基的工作性状,而对水平荷载下桩基的工作性能研究较少。本文通过室内缩尺模型试验、ABAQUS有限元分析及理论分析,研究水平荷载作用下工字形单桩与群桩的承载性能,主要内容有:(1)通过室内缩尺模型试验,分析水平荷载作用下工字形单桩的水平承载力、位移及弯矩的分布规律。结果表明:工字形桩在垂直翼缘方向比垂直腹板方向的临界荷载大68%,极限荷载大36%;相同荷载作用下垂直翼缘方向比垂直腹板方向的水平位移小;试验桩的桩身弯矩主要分布在桩身上部60%以内,桩身下部受弯矩影响较小。(2)利用ABAQUS有限元软件模拟,对比相同工况下模型桩与试验桩的受力性能,验证有限元计算方法的可靠性,并在此基础上对比分析m法的理论计算结果和模型桩的分析结果,探讨桩身截面计算宽度的取值,提出工字形单桩水平承载力的计算公式。(3)运用有限元群桩分析方法,创建水平荷载作用下工字形群桩模型,分析桩间距与承台埋深对群桩效应的影响。结果表明:随着桩间距的增大,承台中心水平位移逐渐减小,群桩效应综合系数不断增大,而其增长百分比出现整体减小的趋势。随着承台顶面、承台底面及承台底面以下20mm处与土体面相平位置的变化,承台中心水平位移逐渐增大,群桩效应综合系数逐渐减小。(4)工字形群桩水平承载力包括桩与桩侧的承载力、承台侧面的土抗力及承台底面的摩擦力,根据桩间距与承台埋深对群桩效应的影响,提出群桩水平承载力的计算公式。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU473.1
【图文】：

技术路线图,技术路线

技术路线

系数,反力,弹性地基,线弹性

(2)弹性地基反力法弹性地基反力法采用 Winkler 地基模型，即假设土体是弹性体，利用梁的弯曲理论计算桩的水平抗力，认为地基反力q 是随深度 z 发生变化且与桩的位移 x 的 m 次方成比例的函数，即( )mq k z x（2-4）式中：k —由土的弹性决定的系数。按照不同的指数 m，选择不同的弹性地基反力法：当 m=1 时采用线弹性地基反力法，当 m≠1 时采用非线性弹性地基反力法。由于非线性弹性地基反力法计算非常复杂实际工程应用非常少。按照不同的地基系数 k ( z )，线弹性地基反力法分为张氏法、k 法、m 法和 c 法等，见图 2-1。

【参考文献】