竖向预应力支护桩计算方法研究

发布时间：2017-08-13 14:32

  本文关键词：竖向预应力支护桩计算方法研究

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【摘要】：悬臂式支护桩作为一种有效的基坑支护结构在浅基坑中应用广泛,但存在桩顶位移控制不足的缺点。钻孔灌注桩因其成孔速度快,施工方便,支护稳定性好等特点在工程上应用广泛,但作为临时性支护结构,支护桩中大量的钢筋深埋地下,不仅造成大量的浪费,也一定程度上对地下空间造成了污染。基于以上两点,结合悬臂桩弯矩主要分布于临土侧的特点,工程界提出了将支护桩与预应力相结合的想法,具体是在支护桩受拉一侧施加竖向的偏心预加力以抵消或部分抵消由横向荷载产生的拉应力,同时为进一步降低造价,实现对竖向预应力筋的回收,发展出了在悬臂桩受拉侧(即临土侧)以U型样式布置预应力筋的新型支护技术。虽然该类结构虽然已经被提出且在工程已有应用,但计算理论却迟迟未见报道。理论研究远落后于工程实践。本文通过对悬臂式支护桩的受力特点的分析,提出了一种竖向预应力支护桩的内力和位移计算方法和设计方法,以某一基坑工程为例,采用悬臂式支护桩和竖向预应力支护桩两种方案设计并进行对比。本文通过研究得出了以下结论：1. 根据悬臂桩的受力特点,分析悬臂桩桩土的相互作用,提出分段计算的思路,以基坑最终开挖深度为界,开挖面以上视为受荷段,按静定结构悬臂梁计算,开挖面以下视为嵌固段,按弹性地基梁计算,推导出了桩身内力和位移解析计算公式。2.通过分析竖向预应力支护桩的受力特点,认为竖向预应力支护桩不存在柱子行为,也就不存在屈曲失稳问题。3.根据实例计算结果得到：通过设置偏心预加力,能够有效控制桩顶位移,增强桩身刚度和抗裂性,减小最大弯矩,改善桩身内力分布,从而节约钢筋用量。4.单锚索预应力支护桩,一般弯矩会反向,即桩身受拉侧在支撑点附近从一侧变到另外一侧,认为通过合理设置桩身参数和预加力大小,仍然可以在临土侧设置预应力筋来承受拉应力,非预应力侧的较小弯矩可以通过设置少量的普通钢筋来承受。可有效节约竖向普通钢筋。5.以一深度为5m基坑为例,埋深9m,预应力度为0.6,分别采用悬臂桩和竖向预应力支护桩进行设计,对两种方案的桩身内力、变形和钢筋用量进行对比。竖向预应力支护桩相比悬臂式桩,桩顶位移减小12.22mm,减小42.9%,最大弯矩的绝对值减小169.5kN.m,减小39.5%。剪力受荷段最大值没有明显变化,单桩主筋节约造价125.9元,节约率为16.5%。考虑回收效应将更加明显。证明了竖向预应力支护桩是一种经济、高效、节能、环保的新型支护结构,值得推广应用。
【关键词】：基坑工程 竖向预应力 悬臂桩 计算方法
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 论文研究的背景、目的和意义8-9
• 1.2 研究现状9-15
• 1.2.1 普通支护桩计算方法综述9-12
• 1.2.2 竖向预应力支护桩计算方法研究现状12-14
• 1.2.3 竖向预应力支护桩的设计应用现状14-15
• 1.3 主要研究内容、方法及主要创新点15-18
• 1.3.1 研究内容15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 1.3.3 本文主要创新点17-18
• 第2章 竖向预应力支护桩受荷段计算18-30
• 2.1 概述18
• 2.2 计算基本假定18-19
• 2.3 竖向预应力支护桩的计算模型19
• 2.4 竖向预应力支护桩的桩土相互作用机理分析19-21
• 2.5 竖向预应力支护桩的受荷段的内力和位移计算21-29
• 2.5.1 外荷载的确定21-24
• 2.5.2 受荷段挠曲线近似微分方程的推导24-25
• 2.5.3 受荷段挠曲线微分方程的求解25-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 竖向预应力支护桩嵌固段计算30-52
• 3.1 嵌固段刚性桩的内力和位移计算30-36
• 3.2 弹性桩嵌固段内力和位移计算36-49
• 3.3 竖向预应力支护桩柱子行为与稳定性分析49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 竖向预应力支护桩设计方法研究52-76
• 4.1 概述52-53
• 4.1.1 竖向预应力支护桩的适用范围53
• 4.2 土压力的计算53-54
• 4.3 桩的设计参数的选取54-57
• 4.3.1 桩径和桩间距选择54
• 4.3.2 锚杆的布置54-55
• 4.3.3 嵌固深度的确定55-57
• 4.4 水平地基系数的确定57-60
• 4.5 弹性桩刚性桩判定60
• 4.6 竖向无粘结预应力桩身结构特征60-62
• 4.6.1 竖向无粘结预应力桩桩身结构特点60-61
• 4.6.2 预应力筋内力确定方法61-62
• 4.7 竖向预应力支护桩结构设计62-74
• 4.7.1 预应力筋的布置62-64
• 4.7.2 预应力桩桩底构造64-65
• 4.7.3 预应力损失65
• 4.7.4 预应力度的确定65-67
• 4.7.5 预应力筋与非预应力筋的用量67-69
• 4.7.6 斜截面受剪承载力验算69-70
• 4.7.7 正常使用阶段裂缝宽度70-71
• 4.7.8 正常使用阶段挠度验算71-73
• 4.7.9 正常使用阶段应力验算73-74
• 4.7.10 施工阶段应力验算74
• 4.8 桩身构造要求74-75
• 4.9 本章小结75-76
• 第5章 竖向预应力支护桩基坑实例设计分析76-88
• 5.1 概述76
• 5.2 地层参数76
• 5.3 悬臂式支护桩设计方案76-79
• 5.4 竖向预应力支护桩设计方案79-85
• 5.4.1 竖向预应力桩内力计算79-82
• 5.4.2 竖向预应力支护桩结构设计82-85
• 5.5 两种支护方案的对比85-87
• 5.6 本章小结87-88
• 第6章 结论和展望88-90
• 6.1 结论88
• 6.2 展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果93

【参考文献】

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本文编号：667793