土层开挖对混凝土填芯管桩支护结构性能影响研究

发布时间：2017-05-12 08:15

  本文关键词：土层开挖对混凝土填芯管桩支护结构性能影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：预应力混凝土管桩具有桩身质量稳定、造价低廉、施工速度快、桩身强度高、生产供应有保障等优点,逐渐被用于基坑支护工程,并在部分地区的基坑支护工程中取得成功。相对于灌注桩,预制混凝土管桩的有效截面面积偏小,其抗剪承载力较低,容易产生整体剪切破坏。为了解决管桩抗剪能力较低的工程问题,对管桩进行填芯加固,并对土层开挖情形下的混凝土填芯管桩承载性能进行探讨分析。通过室内模型试验,对空芯管桩和填芯管桩在土层开挖情形下的工作性状进行了对比研究,探讨了填芯对支护管桩性能的影响,得出了对支护管桩进行填芯,可以有效减小桩身位移,但填芯强度不同对水平位移影响较小。在试验的基础上,利用FLAC3D数值模拟软件分别从填芯强度、管桩内径、堆载载荷大小及开挖方式的等方面对填芯管桩支护结构性能进行了模拟分析。结果表明:(1)对管桩进行填芯可以有效减小其桩身水平位移,但填芯强度对位移影响较小;(2)当管桩内外径之比小于1/2时,不同填芯强度的管桩桩身弯矩相差较小,当管桩内外径之比大于1/2时,高强度填芯管桩的桩身弯矩小于低强度填芯管桩;(3)当堆载载荷较大时,填芯管桩在桩顶处水平位移较空芯桩的减小幅度可达40%左右,桩身最大弯矩较空芯桩的减小幅度可达30%左右;(4)在对管桩进行填芯后再采用分层开挖的方式开挖,支护桩的桩身水平位移和桩身最大弯矩将会得到最好的控制。最后,通过对管桩在施工及基坑开挖过程中工作性状的分析,基于摩尔-库伦屈服准则,结合圆孔扩张理论,考虑了挤土效应和土拱效应,提出了悬臂式填芯管桩支护结构计算方法,并通过算例分析验证了该计算方法的可靠性,为填芯管桩支护结构设计提供理论依据。
【关键词】：土层开挖 混凝土填芯管桩 支护结构 水平位移 弯矩
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 混凝土管桩简介9-10
• 1.1.1 国内外混凝土管桩发展历史9
• 1.1.2 预应力混凝土管桩简介9-10
• 1.2 混凝土管桩水平承载研究现状10-13
• 1.2.1 混凝土管桩的抗弯研究方面10-11
• 1.2.2 混凝土管桩的抗剪研究方面11-13
• 1.3 基坑工程中混凝土管桩的研究现状13-15
• 1.3.1 管桩在基坑工程中的应用方面13-15
• 1.3.2 混凝土填芯管桩的研究方面15
• 1.4 本文研究的主要内容及意义15-17
• 1.4.1 本文研究的主要内容15-16
• 1.4.2 本文研究的意义16-17
• 第二章 土层开挖对管桩支护结构性能影响试验研究17-27
• 2.1 试验方案设计17-20
• 2.1.1 试验桩设计17
• 2.1.2 测试元件布置17-18
• 2.1.3 试验坑及支护桩布置18-19
• 2.1.4 堆载开挖及加载方案19-20
• 2.2 试验步骤20-23
• 2.3 试验结果分析23-26
• 2.3.1 桩顶水平位移分析23-24
• 2.3.2 桩身弯矩分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 土层开挖对混凝土填芯管桩性能影响数值分析27-52
• 3.1 数值分析方法概述27-28
• 3.1.1 数值分析方法简介27-28
• 3.1.2 数值分析方法在岩土工程的地位28
• 3.2 FLAC3D软件简介28-30
• 3.3 参数选取及数值模型建立30-42
• 3.3.1 本构模型及参数选取30-33
• 3.3.2 数值计算模型的建立33-34
• 3.3.3 模型验证34-42
• 3.4 土层开挖对填芯管桩承载性能影响因素分析42-51
• 3.4.1 填芯材料强度影响分析42-46
• 3.4.2 管桩内径大小影响分析46-48
• 3.4.3 堆载荷重影响分析48-49
• 3.4.4 一次性开挖和分层开挖影响分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 管桩支护结构受力特征分析52-63
• 4.1 概述52
• 4.2 管桩施工引起的挤土效应分析52-55
• 4.2.1 静压管桩引起极限扩孔压力计算52-54
• 4.2.2 桩侧土中超孔隙水压力消散规律计算54-55
• 4.3 管桩支护结构悬臂段受力分析55-57
• 4.4 管桩支护结构嵌固段受力分析57-61
• 4.4.1 挤土效应引起的土压力57-59
• 4.4.2 土体弹性形变压力59
• 4.4.3 嵌固段挠度求解59-61
• 4.5 算例分析61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间主要的研究成果69-70
• 致谢70

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本文编号：359251