西安地区大直径超长灌注桩有效桩长的研究

摘要

当今,我国经济发展较为迅猛,随着城市高层建筑和各种大型桥梁的兴建,大直径超长桩得到了越来越广泛的应用。对于目前发展迅速的高层与超高层建筑,为了增加地基的承载能力,大直径超长桩的使用就相应的增多了,桩的长度越来越长。因此,在工程建设中,有必要进一步研究超长桩的有效桩长问题,在对桩基础进行优化设计时,确定超长桩的有效桩长是工程实际中迫切需要解决的问题。针对目前黄土地区大直径超长桩的有效桩长研究还很缺乏,在实际的桩基设计中主要根据规范和经验进行,在西安黄土地区桩基设计中,为了给合理选取桩长提供参考,本文借鉴软土地区大直径超长桩有效桩长的研究确定方法,对西安地区大直径超长桩有效桩长问题进行研究。本文的研究内容主要分为三部分：第一部分首先确定计算大直径超长桩有效桩长的判别准则。依据软土地区大直径超长桩有效桩长的研究方法,综合论述了大直径超长桩有效桩长的确定方法,并根据黄土地基的工程特性,选用极限承载力控制与桩顶沉降控制相结合的方法来确定大直径超长桩的有效桩长。由于西安地区大直径超长桩的荷载-沉降曲线为缓变型曲线,根据常用的规定标准,结合《建筑桩基技术规范》,本文取桩顶沉降S=60mm时对应的桩顶荷载为极限荷载；然后,依据基桩有效桩长的定义,以及单桩极限承载力与桩长的关系,提出了单桩有效桩长效率系数这一概念,即确定了大直径超长桩有效桩长计算的判别准则。第二部分采用ANSYS有限元软件对大直径超长灌注单桩进行数值模拟分析在考虑土的非线性、桩、土间相互影响、桩长、桩直径变化等因素时,有限元法是现阶段最适用的方法,它能解决由于试桩困难及实测费用大而无法大量进行的问题。本文主要模拟大直径超长单桩在均质土层中,承受竖向荷载作用下的承载力情况,对大直径超长单桩在不同桩长、桩径情况下的P(荷载)-S(沉降)曲线进行规律分析,根据本文提出的单桩有效桩长的判别准则,得出单桩有效桩长效率系数β的取值范围,进而确定不同桩径条件下大直径超长灌注桩的有效桩长。第三部分分析各因素对大直径超长灌注桩有效桩长的影响。通过改变某一参数值的大小而其它参数大小不变,来研究分析各个因素对桩的有效桩长的影响。依据单桩有效桩长效率系数β的取值,本文主要分析了大直径超长灌注桩在不同桩径、桩身弹性模量、桩土刚度比、土体泊松比、桩顶沉降量、桩、土摩擦系数等因素对大直径超长灌注桩有效桩长的不同影响。本文的研究为西安地区的桩基优化设计提供了有益的参考,为今后有效桩长问题的更深入研究提供帮助。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.1.1 桩基础的发展历史

1.1.2 桩基础的定义和功能分类

1.1.3 桩的作用

1.1.4 桩的基本要素

1.2 桩基础的应用及研究现状

1.2.1 超长桩的定义

1.2.2 大直径超长钻孔灌注桩的发展历程及特点

1.2.3 大直径超长钻孔灌注桩的研究现状

1.2.4 大直径超长钻孔灌注桩有效桩长的研究现状

1.3 论文的主要工作

1.3.1 研究的必要性

1.3.2 本文的主要研究内容

2 有限单元法计算原理

2.1 有限单元法计算原理分析

2.1.1 土体及桩体有限单元法的数学分析

2.2 本文计算本构模型的选取

2.2.1 土体本构模型的选取

2.2.2 桩的本构模型的选取

2.2.3 接触面分析

2.3 本章小结

3 单桩有效长度计算判别准则分析

3.1 普通桩的有效桩长问题

3.2 有效桩长的定义

3.2.1 有效桩长与临界桩长区别

3.2.2 有效桩长的定义

3.3 有效桩长的判别准则

3.3.1 单桩极限承载力的确定

3.3.2 单桩有效桩长的确定

3.4 本章小结

4 大直径超长灌注单桩有效桩长的数值模拟分析

4.1 引言

4.2 ANSYS软件简介

4.3 有限元模型的建立

4.4 计算结果分析

4.4.1 单桩的P-S曲线特征

4.4.2 单桩的极限承载力

4.4.3 单桩的有效桩长效率系数β的确定

4.5 本章小结

5 大直径超长灌注单桩有效桩长的影响因素分析

5.1 引言

5.2 桩径的影响

5.3 桩身弹性模量的影响

5.4 桩、土刚度比的影响

5.5 土体泊松比的影响

5.6 桩顶沉降量的影响

5.7 桩、土摩擦系数的影响

5.8 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录