本文關(guān)鍵詞：復(fù)合荷載作用下斜坡上單樁承載特性研究

  更多相關(guān)文章： 斜坡 豎向荷載 水平荷載 縮尺模型試驗(yàn) 數(shù)值分析

【摘要】：近些年,隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,在很多實(shí)際工程中,由于受到地理位置的限制,很多樁基不得不設(shè)在斜坡上。這類基樁均處于復(fù)合受力狀態(tài),一方面承擔(dān)上部主體結(jié)構(gòu)的豎向荷載,另一方面也承擔(dān)較為顯著的橫向荷載作用。不可預(yù)見的地震作用產(chǎn)生的瞬時(shí)水平力,如正常使用狀態(tài)下交通工具的制動(dòng)力;橋梁樁基工程中的風(fēng)、海浪、巨潮均會產(chǎn)生水平方向的力和彎矩;而高層建筑、橋梁、海上油田鉆井平臺以及深基坑支護(hù)等工程進(jìn)行樁基承載力設(shè)計(jì)時(shí)這些荷載作用均不能忽視。為研究基樁復(fù)合承載特性,本文提出在斜坡上樁基受到水平和豎向荷載共同作用下樁基的承載特性研究。目前在建筑領(lǐng)域?qū)π逼律鲜芎蓸兜睦碚撗芯考霸囼?yàn)分析都很少。為完善斜坡上樁的理論和試驗(yàn)研究,以及該種條件下樁型大規(guī)模的推廣應(yīng)用,文章基于室內(nèi)縮尺模型試驗(yàn)和ABAQUS有限元數(shù)值模擬分析,對斜坡上承受復(fù)雜荷載的單樁承載特性進(jìn)行了比較全面的探討和分析,主要的內(nèi)容有:(1)利用室內(nèi)縮尺模型進(jìn)行試驗(yàn)研究,做了室內(nèi)斜坡上的單樁在受到豎向靜載荷作用下的試驗(yàn),對其承載特性進(jìn)行了研究分析,在縮尺模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用大型通用ABAQUS有限元軟件對縮尺模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,并將數(shù)值分析結(jié)果與縮尺模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析,得出豎向荷載作用下Q-S曲線、沿樁體埋深應(yīng)力分布曲線以及樁側(cè)摩阻力變化曲線。(2)利用水平循環(huán)加載法進(jìn)行斜坡上單樁水平靜載荷試驗(yàn),對比水平荷載作用下數(shù)值分析與試驗(yàn)Q-S曲線結(jié)果,確定模型參數(shù)有效性的基礎(chǔ)上,依靠ABAQUS對單樁水平試驗(yàn)進(jìn)行1/2模型三維模擬分析,分析了樁頂側(cè)向位移、樁身彎矩、土體變形規(guī)律等多個(gè)工作性狀。結(jié)果表明:當(dāng)水平荷載增大時(shí),樁頂?shù)乃絺?cè)移也隨之增大,但在加載前期,由于受到豎向荷載的作用,樁頂側(cè)移較小;在逐級施加水平荷載作用下,由于試樁周圍土體的土壓力作用,彎矩結(jié)果有正有負(fù),到一定深度會出現(xiàn)反向彎矩,并且樁身彎矩沿著樁體自上而下先增加后減小,最后趨于零,凸顯了柔性樁的特點(diǎn)。(3)以前期試驗(yàn)及數(shù)值模擬積累的參數(shù)進(jìn)行斜坡上單樁承載性能研究,依靠1/2模型模擬斜坡上樁基研究其豎向和水平承載特性。分析不同位置基樁軸力、側(cè)摩阻力分布規(guī)律、荷載-位移變化規(guī)律、樁間土位移云圖分析得出以下結(jié)果:1)當(dāng)只有豎向荷載作用時(shí),位于斜坡中間的P2樁的樁頂水平側(cè)移最大,其次是斜坡底端的P1樁,樁頂水平側(cè)移最小的是斜坡頂端的P3樁,當(dāng)豎向荷載保持不變時(shí),隨著水平荷載的逐漸增大,樁頂?shù)乃絺?cè)移也隨之變大。當(dāng)豎向荷載不變,隨著埋深增大,土壓力值呈“S”型變化。2)在豎向荷載作用下,當(dāng)水平荷載和樁身應(yīng)變片位置相同時(shí),該截面處彎矩P1P2P3。樁身彎矩則表現(xiàn)出隨著埋深自上而下先增加后減小,最后在E1處趨于零,樁身彎矩的影響主要集中在距離樁頂3/7處。3)樁側(cè)摩阻力最大值并未出現(xiàn)在樁頂,P1樁出現(xiàn)在D1-E1處,P2樁出現(xiàn)在C1-D1處,P3樁出現(xiàn)在B1-C1處。當(dāng)水平荷載相同時(shí),P1、P2、P3三根試樁在應(yīng)變片相同位置處的側(cè)摩阻力值P1P2P3。4)在豎向荷載作用下,土體彈性模量為10MPa時(shí)的樁頂沉降量約為40MPa時(shí)的樁頂沉降量的3倍。在水平荷載作用下,土體彈性模量為40MPa時(shí)的樁身側(cè)移量較10MPa時(shí)的樁身側(cè)移量小,樁體的樁身側(cè)移量主要取決于樁周的土體條件,當(dāng)土質(zhì)條件較好情況下樁身的側(cè)移量小,土質(zhì)條件較差時(shí)樁身的側(cè)移量大。5)在豎向荷載作用下,斜坡上土體滑裂面自坡底轉(zhuǎn)角處發(fā)生,呈弧線延伸至斜坡頂端。通過土工試驗(yàn)和數(shù)值模擬綜合對比分析得出:位于斜坡中間的試樁有助于抵抗土體滑動(dòng)變形,是樁基設(shè)計(jì)最合理的位置。
【關(guān)鍵詞】：斜坡 豎向荷載 水平荷載 縮尺模型試驗(yàn) 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU473.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 水平荷載作用下單樁荷載傳遞特性及分析方法12-14
• 1.2.1 水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算方法12
• 1.2.2 m法12-13
• 1.2.3 雙參數(shù)法13
• 1.2.4 p-y曲線法13-14
• 1.3 傾斜樁國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展前沿分析14-18
• 1.4 本文創(chuàng)新內(nèi)容和研究方案18-21
• 1.4.1 創(chuàng)新內(nèi)容18
• 1.4.2 研究方案18-21
• 第二章 試驗(yàn)研究21-35
• 2.1 模型試驗(yàn)方案21-26
• 2.1.1 試驗(yàn)材料21-22
• 2.1.2 試驗(yàn)裝置22-24
• 2.1.3 試驗(yàn)加載方案24-25
• 2.1.4 測試內(nèi)容與方法25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析26-33
• 2.2.1 豎向荷載作用下樁頂沉降量分析26-27
• 2.2.2 樁頂側(cè)移對比分析27-28
• 2.2.3 土壓力值對比分析28-30
• 2.2.4 樁身彎矩對比分析30-31
• 2.2.5 樁側(cè)摩阻力對比分析31-33
• 2.3 試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)33-35
• 第三章 豎向和水平荷載作用下斜坡上單樁有限元分析35-63
• 3.1 引言35
• 3.2 ABAQUS軟件中的本構(gòu)模型35-36
• 3.2.1 土體本構(gòu)模型36
• 3.2.2 樁身本構(gòu)模型36
• 3.3 有限元模型的建立36-41
• 3.3.1 模型參數(shù)及幾何尺寸的確定36-37
• 3.3.2 單元類型37-38
• 3.3.3 邊界條件38
• 3.3.4 荷載加載方式38-39
• 3.3.5 地應(yīng)力平衡過程分析39-41
• 3.4 豎向荷載作用下數(shù)值結(jié)果分析41-44
• 3.4.1 樁頂沉降規(guī)律分析41-42
• 3.4.2 樁側(cè)摩阻力分布規(guī)律42-43
• 3.4.3 樁底土體變形分析43-44
• 3.5 水平荷載作用下數(shù)值結(jié)果分析44-47
• 3.5.1 土體和樁水平位移規(guī)律分析44-46
• 3.5.2 樁身位移規(guī)律分析46
• 3.5.3 樁頂側(cè)移對比分析46-47
• 3.6 樁體位置影響分析47-56
• 3.6.1 樁體沉降量分析47-48
• 3.6.2 樁頂側(cè)移對比分析48-50
• 3.6.3 樁身側(cè)移對比分析50-51
• 3.6.4 土壓力值對比分析51-52
• 3.6.5 樁側(cè)摩阻力對比分析52-53
• 3.6.6 樁身彎矩對比分析53-55
• 3.6.7 安全系數(shù)分析55-56
• 3.7 土體模量影響分析56-61
• 3.7.1 樁頂沉降量分析56-57
• 3.7.2 樁身水平側(cè)移分析57
• 3.7.3 樁身彎矩對比分析57-61
• 3.8 斜坡上單樁和普通單樁的區(qū)別61
• 3.9 本章小結(jié)61-63
• 第四章 結(jié)論與展望63-67
• 4.1 結(jié)論63-64
• 4.2 進(jìn)一步的研究與展望64-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄73-74

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