根式基础竖向受压承载性状模型试验研究及数值分析

摘要

随着近年我国交通运输事业的进一步发展，桥梁基础在工程中的地位越来越重要，对基础要求也越来越高。一直以来大跨度跨河桥梁基础是桥梁设计和施工的难题。因此针对厚覆盖层地质条件提出了新型变截面基础形式——根式基础的概念。
　　由于现阶段对根式基础根键布置型式缺乏进一步研究，故本文利用物理模型试验开展相关研究，通过试验数据及数值模拟探究根式基础在提高承载力方面的影响。
　　本义进行三组模型静载试验共九种桩型，探究根键布置数目及位置对提高基础承载力的作用，同时对桩身轴力值和桩身侧摩阻力值进行分析。选取部分桩型在ANSYS里建模导入FLAC3D进行加载计算，将沉降值与试验得到的沉降值进行比较，分析相应的沉降云图、应力云图以及根键受力值。
　　第一组模型试验说明有根键模型桩明显提高极限承载力;第二组证明了根键靠下布置更能提高桩基极限承载力;第三组验证了最下层根键的布置位置，在一定范围内，靠下布置根键对提高极限承载力的效果可以与五层根键布置相当。随荷载及基础沉降增加，桩身侧摩阻沿着桩身逐渐充分发挥。增加根键布置后其侧阻力占其总承载力比例增大，相应的端阻力比例减小。数值模拟中，其z方向沉降曲线与模型试验吻合;根键受力值可以看出其受力趋势以及其承受弯矩的方向，与试验现象吻合;加载后的云图直观看出根式基础在竖向荷载受压情况下的受力情况以及应力集中区。
　　三组模型试验说明布置根键能明显提高桩基承载性能，根键布置数量及位置明显影响桩基极限承载力。两层根键之间的土体可看成一个整体，桩顶荷载主要由与根键外径一致的外包圆柱面产生的摩阻力、最底层根键的端阻力以及底部端阻力共同承担。数值模拟结果与模型试验数据基本吻合。
　　根据模型试验和数值分析结果，对根式基础的设计与施工提供了借鉴和参考。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 桩基础概述

1．1．2 桩基础的分类

1．1．3 桩基础的特点及适用条件

1．3 根式基础的研究和应用现状

1．3．2 根式基础相关施工工艺研究现状

1．3．3 根式基础承载力研究现状

1．3．4 根式基础的弹塑性分析

1．4 本课题研究的主要内容

第2章 根式基础竖向加载模型试验设计

2．1 模型试验的理论基础

2．2．1 模型箱设计

2．2．2 模型加载装置

2．2．3 数据量测系统

2．2．4 模型试验加载方案

2．3．2 地基土材料的选取、制备及其参数确定

2．3．3 模型桩的设计与制作

2．3．3 电阻应变片的粘贴

2．3．4 模型桩的埋设

2．4 本章小结

第3章 模型试验结果与分析

3．2．1 荷载沉降数据整理与分析

3．2．2 桩身轴力及桩侧摩阻力数据整理及分析

3．3 第二组模型试验数据整理与分析

3．3．1 荷载沉降数据整理与分析

3．3．2 桩身轴力及桩侧摩阻力数据整理及分析

3．3．3 第二组模型试验结果分析

3．4 第三组模型试验数据整理与分析

3．4．1 荷载沉降数据整理与分析

3．4．2 桩身轴力及桩侧摩阻力数据整理及分析

3．5 本章小结

第4章 根式基础模型桩竖向受压承载力的有限元数值模拟分析

4．1．2 ANSYS软件简介

4．1．3 FLAC软件简介

4．2 数值网格模型的建立

4．2．1 第一组模型桩的数值网格模型

4．2．2 第三组模型桩的数值网格模型

4．3．1 本构模型的选择

4．3．2 屈服准则的选择

4．4 物理力学参数、边界条件及加载方式

4．4．1 物理力学参数

4．4．2 模型边界条件

4．4．3 加载方式

4．5 第一组模型桩数值模拟计算结果分析

4．5．1 荷载—沉降特性分析

4．5．2 根键受力机理分析

4．6 第三组模型桩数值模拟计算结果分析

4．6．1 荷载—沉降特性分析

4．6．2 根键受力机理分析

4．7 本章小结

第5章 结论及展望

5．1 本文的主要结论

5．2 存在的不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况