階梯型變截面樁變形及承載特性研究.pdf

1、近年隨著橋梁工程的迅速發(fā)展，橋梁工程對樁基礎提出了更高的要求，如何通過樁基礎的技術和理論創(chuàng)新，發(fā)展與完善新的結構形式樁基，并滿足工程上高質(zhì)量、快進度和低造價的嚴格要求，是工程技術人員共同面臨樁基礎領域的新挑戰(zhàn)。階梯型變截面樁是基樁結構形式的一種，其設計計算理論滯后于工程實踐，近年不斷的工程實踐證明該類型樁受力更合理、更經(jīng)濟，其發(fā)展應用具有良好的經(jīng)濟價值和技術優(yōu)勢，但對該類型樁基礎的變形及承載特性和計算理論的研究尚不系統(tǒng)、不完善，因此開展

2、階梯型變截面樁變形及承載特性的試驗和理論研究具有重要意義。本文采用試驗研究、理論分析、數(shù)值模擬和程序研發(fā)相結合的研究方法，對階梯型變截面樁的變形及承載特性進行了較為系統(tǒng)和深入的研究。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 ①通過大型模型試驗，獲得豎向靜載荷作用下，四種變截面比的階梯型變截面樁樁身變形、受力特性，樁頂P-S曲線、樁身側摩阻力分布曲線和樁端及其變截面處樁土相互作用曲線，在此基礎上獲得階梯型變截面樁單位體積承載力、承載力

3、比率與變截面比關系。結果表明，不同變截面比階梯型變截面樁豎向呈現(xiàn)不同變形和承載特性，隨變截面比增加，單位體積混凝土承載的豎向承載力先增加后減小，不同承載力確定標準情況下階梯型變截面樁極限承載力與等截面樁極限承載力的比率與變截面比的大小相關性十分明顯，變截面比過小，豎向極限承載力損失明顯，階梯型變截面樁存在最優(yōu)變截面比，其值為0.8左右。
　　 ②通過大型模型試驗，獲得橫向靜載荷作用下，四種不同變截面位置的階梯型變截面樁樁身拉壓應

4、變曲線、樁頂水平荷載位移曲線、樁頂水平荷載轉角曲線，并在此基礎上獲得樁身彎矩分配圖。結果表明，不同變截面位置階梯型變截面樁樁身呈現(xiàn)不同變形特征，從總體受力看，變截面以上大直徑段受力大，變截面以下小直徑段受力小，階梯型變截面樁受力比直樁合理。階梯型變截面樁存在最優(yōu)變截面位置，其值為占整個樁長的46.7％左右。
　　 ③通過Flac3D軟件建立了4個不同變截面比和5個不同變截面位置的階梯型變截面樁數(shù)值分析模型，分析了豎向和橫向荷載作

5、用下的應力場、位移場分布特性，樁身變形曲線，樁頂荷載位移、轉角曲線，補充完善并驗證了模型試驗的結論。結果表明，階梯型變截面樁變截面比和變截面位置不同，位移場和應力場的分布形式存在一定的差異，但是當變截面比大于0.8時變截面比對位移場和應力場的分布影響較小；當變截面位置小于46.7％樁長時，橫向荷載作用下的位移場和應力場受變截面位置的影響顯著，但沿樁身范圍的影響深度有限。
　　 ④)建立了基于臨界狀態(tài)假設的豎向荷載作用下，階梯型變

6、截面樁的容許承載力和容許沉降的計算理論，并編制計算程序，通過算例驗證了算法正確性和程序的可通用性。
　　 ⑤分析總結了基于結構力學和彈性樁理論的橫向荷載作用下的理論計算方法，通過理論計算得出了5種不同變截面位置的階梯型變截面樁分別在不同樁頂荷載邊界條件下，水平受荷情況下的樁身彎矩、剪力和變形曲線，并與模型試驗、數(shù)值分析進行了對比分析，均具有較好的一致性，同時將方法程序化，為進一步開展階梯型變截面樁承載和變形特性創(chuàng)造了有利條件。<

7、br>　　 ⑥基于應變能原理，建立了變截面群樁基礎的等效剛度表達式、樁基等效寬度計算公式，并在此基礎上建立了變截面群樁基礎的設計計算方法。
　　 ⑦借用Flac3D軟件和理論分析方法，從施工和力學角度分析了變截面樁適應性條件和影響因素，施工因素和力學分析分別構成階梯型變截面樁適用性充分、必要條件。樁土接觸面剪切剛度大于臨界值時，隨剛度增加其對樁頂沉降的影響越來越小，樁土剪切模量比大于5倍時，剪切模量比增加對樁頂沉降影響較??；橫