混凝土桩劲芯增长结构性能试验及仿真分析

摘要

混凝土桩在我国城市新建或扩建工程中虽得到较为广泛的应用，但在实际工程中，时常会遇到混凝土桩的桩身存在缺陷、桩长不足等问题。对此，本文提出了一种混凝土桩劲芯增长结构，并进行了相应的模型试验及仿真分析，得到了以下研究成果：
　　（1）设计了一种混凝土桩劲芯增长结构，对该结构的基本特点及受力机理进行分析。
　　（2）基于所设计的混凝土桩劲芯增长结构特点，设计了室内模型试验，研究确定了试验的测试内容、试验装置和试验过程。同时也开展了桩周土体的性能试验。
　　（3）通过室内模型试验，对既有桩模型、劲芯增长桩模型和常规混凝土桩模型的竖向及横向承载力、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩身弯矩进行了研究。结果表明：在竖向荷载作用下，劲芯增长桩的竖向抗压极限承载力较既有桩有明显的提升，且随着桩长的增大而增大；劲芯增长桩的轴力要比既有桩及常规混凝土桩小，在荷载传递的过程中，桩侧摩阻力和劲芯体以及内插钢管承担了更多的荷载，减少了结构既有桩部分的内力。在横向荷载作用下，劲芯增长桩的横向承载能力较既有非增长桩同样有明显的提升，但由于自身刚度大，通常因土体发生破坏而失稳，当增长值超过一定范围时，下部土体易挤压变形出现松动，导致锚固效果减弱，一定程度的限制了劲芯体与钢管的性能发挥。
　　（4）建立了与室内模型试验同参数的二维有限元仿真分析模型，得到桩体和桩周土体在竖向及横向荷载作用下的位移云图和应力云图，并对结构的竖向及横向承载力、桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩身弯矩进行综合分析。结果表明：劲芯增长桩可以更好的发挥桩土间的摩擦力，若在同样断面面积的情况下，其承载性能要优于常规混凝土桩，但当桩体增长值超过一定范围时，对土体摩阻力的提升效果就变得很微小。在承受桩顶水平荷载作用时，劲芯增长桩的被动区土体在桩端和变截面处应力较为集中，在增长段扩散明显，能产生较强的抗倾覆力矩，增强了锚固效果，发挥了承载性能。
　　（5）将室内模型试验与数值模拟的结果进行对比分析，得出两者的数据基本吻合，验证了模型试验结果的正确性，同时根据上述成果得到了结构的最优设计参数。

目录

第一章 绪 论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及目标

1.4 本文技术路线

1.5拟解决的关键问题和创新点

第二章 混凝土桩劲芯增长结构设计

2.1引言

2.2混凝土桩劲芯增长结构设计

2.3 本章小结

第三章 混凝土桩劲芯增长结构模型试验设计

3.1混凝土桩劲芯增长结构简化

3.2试验方案

3.3 室内土工试验

3.4 本章小结

第四章 混凝土桩劲芯增长结构模型试验成果分析

4.1单桩竖向抗压承载力

4.2 竖向荷载作用下桩身轴力分析

4.3竖向荷载作用下桩侧摩阻力分析

4.4单桩水平承载力

4.5水平荷载作用下桩身弯矩分析

4.6本章小结

第五章 混凝土桩劲芯增长结构仿真分析

5.1仿真模型建立

5.2计算结果分析

5.3数值模拟与试验结果对比分析

5.4基于仿真分析和模型试验结果的设计参数确定

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢

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