本文關(guān)鍵詞： 斜樁 工作特性 軸向荷載 樁周摩阻力 樁—土變形協(xié)調(diào) 徑向荷載 p-y曲線 傾斜荷載 綜合剛度 荷載分擔(dān)比 模型試驗(yàn) 地震響應(yīng)　出處：《福州大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：斜樁常被應(yīng)用在橋梁、碼頭、輸電線路及近海采油平臺(tái)的群樁基礎(chǔ)之中。雖然斜樁已經(jīng)在許多基礎(chǔ)工程中得到應(yīng)用,但斜樁工作特性的分析方法和理論仍滯后于工程應(yīng)用。鑒于此,本文采用理論分析、數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)相結(jié)合的技術(shù)手段,以斜樁的工作特性為主線,對(duì)軸向壓荷載作用下斜樁的承載特性、徑向荷載作用下斜樁的工作機(jī)理、傾斜壓荷載作用下斜樁的工作特性、水平與豎向荷載作用下斜群樁的受力特性以及地震荷載作用下斜群樁基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)等5個(gè)方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,主要工作與結(jié)論如下：(1)根據(jù)斜樁樁周摩阻力呈現(xiàn)出不均勻分布的特點(diǎn),基于樁—土受力變形相互協(xié)調(diào)的原則,推導(dǎo)了第一臨界狀態(tài)下斜樁軸向承載力以及沉降的計(jì)算公式。本文計(jì)算公式得到的單樁軸向承載力與樁頂沉降量均隨著樁身傾角的增大呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)。對(duì)于不同樁徑,本文承載力公式計(jì)算值小于規(guī)范承載力公式計(jì)算值,規(guī)范沉降公式計(jì)算值略小于本文沉降公式計(jì)算值。當(dāng)樁長(zhǎng)較小時(shí),規(guī)范承載力公式計(jì)算值小于本文承載力公式計(jì)算值,但隨著樁長(zhǎng)的增大,本文承載力公式計(jì)算值小于規(guī)范承載力公式計(jì)算值；規(guī)范沉降公式計(jì)算值隨樁長(zhǎng)增加逐漸降低,而本文沉降公式計(jì)算值隨樁長(zhǎng)的增加呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)。當(dāng)樁周極限摩阻力較小時(shí),規(guī)范承載力公式計(jì)算值大于本文承載力計(jì)算值,但隨著樁周極限摩阻力的增大,本文承載力公式計(jì)算值將大于規(guī)范承載力計(jì)算值；相同荷載作用下,不同樁周摩阻力的斜樁,本文沉降公式計(jì)算值均大于規(guī)范沉降公式計(jì)算值。(2)基于大量數(shù)值模擬結(jié)果,建立了徑向荷載作用下考慮樁身傾角影響的傾斜單樁p-y曲線,在此基礎(chǔ)上,編制計(jì)算程序,以揭示徑向荷載作用下傾斜單樁的受力特性。計(jì)算結(jié)果表明：本文p-y曲線法計(jì)算得到的彎矩與位移小于m法計(jì)算值,且隨著樁身傾角增大,斜樁樁身彎矩與位移逐漸減少。(3)基于非關(guān)聯(lián)流動(dòng)Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的彈塑性本構(gòu)關(guān)系,建立3D彈塑性有限元模型,分析了傾斜荷載作用下荷載傾角和樁身傾角對(duì)斜樁受力特性的影響。計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)荷載傾角較小時(shí),傾斜荷載作用下的斜樁剛度同時(shí)取決于軸向與水平向剛度,二者剛度存在一個(gè)平衡,這將使斜樁剛度并非在軸向受力時(shí)達(dá)到最大；斜樁極限抗壓承載力隨著荷載傾斜角度呈現(xiàn)M型,樁身極限抗壓承載力峰值并非出現(xiàn)在軸向受力時(shí),而出現(xiàn)在荷載傾斜小角度附近；正向傾斜荷載作用下,樁的剛度和承載力均隨樁身傾角的增大而增大,在負(fù)向傾斜荷載作用下,其結(jié)果卻相反；不同傾角斜樁的極限荷載受樁—土摩擦系數(shù)影響較大。(4)采用3D彈塑性有限元技術(shù),分析了水平與豎向荷載作用下不同傾角、不同樁距的斜群樁受力特性。水平荷載作用下相同樁距、不同傾角的群樁和不同樁距、不同傾角的群樁,各樁沿樁身的位移與彎矩的分布形狀基本相似；當(dāng)樁身傾角較小時(shí),前排樁荷載分擔(dān)比下降,但中排樁荷載分擔(dān)比增大；當(dāng)樁身傾角逐漸增大,前排與中排樁的荷載分擔(dān)比總體呈下降趨勢(shì),但后排樁的荷載分擔(dān)比顯著增大。豎向荷載作用下,斜樁傾角對(duì)于各排樁承載力的影響不大,不同樁距、不同傾角的群樁中各樁沿樁身的位移分布情況基本相同,均隨著樁身深度的增加而減小。(5)基于模型試驗(yàn)相似理論,分別對(duì)不同樁身傾角與不同樁身埋深的單斜樁進(jìn)行軸向、徑向和斜向3種加載,量測(cè)樁頂位移、樁周土壓力分布與樁身內(nèi)力變化值；對(duì)不同樁身傾角的3×3高樁承臺(tái)斜群樁基礎(chǔ)進(jìn)行水平向或豎向2種加載,獲得各排斜樁的內(nèi)力分布與荷載分擔(dān)比。通過(guò)對(duì)比分析,驗(yàn)證理論推導(dǎo)與數(shù)值模擬方法的可靠性,更深入地分析了多種靜力荷載作用下的斜樁基礎(chǔ)的工作機(jī)理和特性。(6)為揭示地震荷載作用下高樁承臺(tái)斜群樁基礎(chǔ)的地震反應(yīng)特性,采用3D彈塑性動(dòng)力有限元技術(shù),以3種地震波(唐山波、EL波、遷安波)為例,分析了樁身傾斜角度、自由樁長(zhǎng)對(duì)高樁承臺(tái)斜群樁基礎(chǔ)地震反應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：各模型加速度最大截面均位于沖刷線以下5-10 m左右,軸力最大的截面均出現(xiàn)在沖刷線以下2.5 m左右,總彎矩最大的截面均位于承臺(tái)與樁頂交界處；相同模型的左、右斜樁除豎向位移、Y方向彎矩沿樁身呈對(duì)稱分布外,加速度、水平位移、軸力、總彎矩沿樁身的分布規(guī)律相同；承臺(tái)高度越大,自由樁長(zhǎng)越大,樁身軸力越大而彎矩越��；樁身傾斜度越大,其軸力與彎矩均越大,承臺(tái)高度對(duì)樁身內(nèi)力的影響大于樁身傾斜度；地震荷載中斜樁的加速度與位移反應(yīng)降低,但軸力和彎矩增大,斜樁總彎矩主要受控于Y方向的彎矩。因此,斜樁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),為保證橋梁上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,斜樁配筋應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注Y方向彎矩。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU473.1

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本文編號(hào)：1460151