基于拉压杆模型的大体积混凝土承台配筋设计研究

发布时间：2020-11-01 12:28

　　 承台在桩基础设计中作为传递上部荷载的重要构件,由于其结构承载力高、抗震性强、能适应各种地基基础的不均匀沉降等优点,在公路桥梁中被广泛应用。随着各种大型桥梁的兴起,更大更厚、桩数更多的承台逐渐增多,其相对应的配筋方法在设计中应予以重视。因此,对群桩承台传力模型及其配筋方法的研究具有重要的理论意义和工程参考价值。本文综合以往研究学者的成果基础,结合相关规范和文献,以实际工程为背景,取群桩混凝土承台为研究对象,着重对群桩混凝土承台的配筋进行深入研究,所做的研究内容如下:(1)阐述了国内外规范中关于桩基承台的设计方法,总结对比了各规范中承台的设计方法的理论基础与不足。探讨了国内外学者对桩承台的研究现状,提出目前在承台配筋设计中存在的一些问题。在提出分区定义中,明确承台属于D区结构,介绍了拉压杆模型理论的依据。详细介绍了拉杆、压杆与节点,以表格形式罗列了拉压杆模型中各设计方法的适用性。阐述了拉压杆模型的设计准则,总结了拉压杆模型的研究进展与应用,提出拉压杆模型对承台配筋进行设计的基本步骤。(2)依托实际工程,通过建立群桩承台有限元模型,分析群桩承台在运营荷载作用下的应力流情况。在有限元模型的基础上,采用拓扑优化法建立承台的拉压杆模型最优解,确定参数取值来构建拉压杆模型,并进行强度验算。对比了不同拉杆设计方式的结果,并与现行规范计算方法进行对比,结果表明,用拉压杆模型法计算的配筋量比现行规范节省钢筋。分析了桩基反力的分布规律,确定承台厚度与桩基刚度对桩基反力的影响规律。(3)结合钢筋混凝土有限元理论,以拉压杆模型计算的配筋进行运营荷载下结构安全性验算,结果表明,拉压杆模型计算配筋结果在运营荷载作用下结构安全可行。详细分析了不同配筋形式、不同配筋率下结构的承载能力影响规律,结果表明,桩径范围内集中配筋相比均布配筋可以提高承台的承载能力。承台配筋率对承载能力呈现非线性增长规律,达到一定的配筋率后增加配筋不会显著提高承台承载能力。最后结合计算结果提出了承台荷载配筋的工程设计建议。(4)结合早期混凝土温度应力场有限元理论,通过有限元模型分析配置温度构造钢筋对早期混凝土应力的影响,并结合实际工程数据进行验证,阐述了钢筋对混凝土的抗裂性影响。以温度裂缝指数为指标,分析了钢筋间距与钢筋直径的影响规律。以裂缝控制的配筋原则给出了承台非荷载配筋的工程设计建议。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U443.15
【部分图文】：

内外桩承台规范设计方法台设计的平面尺寸由桩的个数与桩的布置形式决定，厚度由上部荷载和单。承台的设计在各规范中差异性较大。内规范设计方法建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[1]内的桩基承台计算方法，在《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)（现为《建筑》（JGJ94-2008））里指出，桩基承台设计应进行受弯、受冲切和受剪切承桩矩形承台计算弯矩时，计算截面取墩台边缘处，下列公式计算：x i iy i iM N yM N x

此规范首次将“撑杆—系杆体系”引入，并按照承台下面外排桩中心距墩身边缘与承台高度的比值来划分计算体系，当两者比值大于1，作为悬臂梁按规范中 梁式体系进行计算；当两者比值小于1，按 撑杆 系杆 体系计算。 撑杆 系杆 见图1.2。图 1.2 承台按 撑杆 系杆 计算示意图1）撑杆承载力按下列公式计算0 id scd,s D ≤ tb f（1.4）cd,kcd,s cu,kl0.481.43 304ff f+ ≤id2l0.002 cotis sTA E + sin cosi at b +h 6ah s +d

a）荷载作用图 b）荷载传递路径图 c）拉压杆模型图 2.9 荷载路径法示意图2）应力迹线法应力迹线法是在外荷载作用下通过区分结构内部拉压应力流，通过应力流分布位拟合拉压杆的位置，反应内部应力流传递路径的一种指导拉压杆模型构建的方法。迹线法适用于几何形状与外荷载工况相对复杂的结构。如图 2.10。a）荷载主应力迹线图 b）应力分布图 c）拉压杆模型
【参考文献】

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本文编号：2865531