樁基礎水平響應計算方法及其抗液化性能研究.pdf

1、樁基礎在當前日益發(fā)展的土木工程基礎設施建設中得到了廣泛的應用，而樁基礎不僅僅承擔著豎向荷載，同時也會承擔水平向荷載，特別在地震過程中，樁頭所支撐的上部結構會產生很大的慣性力，使得鋼筋混凝土樁很容易進入非線性狀態(tài)，從而產生破壞，因此，如何合理地建立水平加載條件下考慮鋼筋混凝土樁的材料非線性的靜力分析方法是樁基礎抗震設計中重要的研究課題，對于軟土地區(qū)的水平加載樁，樁與其后側粘土的分離對樁基礎的水平承載性能有很大影響，如何在計算中考慮這一影響

2、尚待研究，同時，對于軟土地區(qū)的樁基礎會涉及到地基改良問題，如何確定經濟有效的改良深度也是個研究課題，另外，目前對于群樁基礎的水平承載力設計方法還不夠完善，需要做進一步研究，同時，在地震過程中，飽和砂土場地會產生砂土液化現(xiàn)象，而目前對于液化場地上群樁基礎抗液化性能的研究甚少，也是需要進一步開展的工作。本文圍繞著樁基礎做了以下研究工作:
　　(1)針對現(xiàn)有的應變楔形體模型存在的缺點，如楔形體前破壞面不連續(xù)、應力應變路徑的公式比較復雜且

3、參數(shù)不易選取、不適用于超固結粘土的計算等，本文提出了修正的應變楔形體模型以用于樁基礎的水平響應的計算，編制了SWPILE有限元程序，并通過已有文獻中大量的砂土、粘土以及層狀土中水平加載樁試驗，驗證了該修正模型的可行性，并討論了應變楔形體模型中的收斂問題、楔形體中應變和楔形體高度變化規(guī)律以及參數(shù)的敏感性等，最后，利用該修正的應變楔形體模型研究了p-y曲線的影響因素;
　　(2)基于修正的應變楔形體模型，研究了雙層地基（密砂土和軟粘土

4、）中樁基的水平響應，并研究了土的成層效應對樁基水平響應的影響規(guī)律，包括密砂土中的軟粘土夾層和軟粘土中密砂土夾層，在此基礎上，分析了密砂土場地和軟粘土場地中地表土層最大影響深度及其與計算出的楔形體高度的關系;
　　(3)在修正的應變楔形體模型中，采用纖維單元實現(xiàn)了水平加載條件下考慮鋼筋混凝土樁的材料非線性的計算，并根據(jù)已有文獻中的水平加載樁試驗資料和計算結果，驗證了該計算方法的可行性。利用該方法研究了鋼筋混凝土樁截面剛度在水平荷載作

5、用下的變化規(guī)律以及樁的材料非線性對樁的撓度以及最大彎矩的影響;采用了單元應力磨平的方法把纖維單元高斯點的應力恢復到截面網格節(jié)點上，并繪制了截面的應力云圖，從而了解了中性軸在不同荷載下的變化以及混凝土開裂的發(fā)展情況;
　　(4)在修正的應變楔形體模型中引入了p-y乘子的概念來考慮群樁效應，并綜合了應變楔形體模型和Mokwa等效單樁法的優(yōu)點，提出了改進的等效單樁法，通過已有文獻中的水平加載單樁與群樁實驗，驗證了該方法的有效性，并基于該

6、方法，研究了p-y乘子對不同位置（排）樁工況中計算出的p-y曲線的影響，并分析了不同深度處以及不同位置（排）樁工況中計算出的粘土和砂土的極限地基反力，還研究了水平荷載和場地深度對群樁效應的影響以及不同樁頭條件對單樁和群樁基礎水平響應的影響;
　　(5)初步研究了液化場地樁基礎水平響應計算方法?；谕暾恼鸷蠓课輷p壞調查資料，應用完全耦合的動力有限元方法再現(xiàn)了由砂土液化引起的房屋破壞情況，利用修正的Pastor-Zienkiewic

7、z Mark-Ⅲ模型來模擬砂土在地震荷載作用下的液化特性，用三軸試驗結果和標準貫入數(shù)據(jù)來確定該模型參數(shù)，根據(jù)一組豎向分布的加速度傳感器記錄，采用SHAKE91程序確定了地震動輸入，并把有限元計算出的地表水平位移與已有文獻中經驗公式計算出的結果以及震害調查的結果進行了比較，從而驗證了有限元計算結果的合理性，隨后，通過一系列的工況分析了邊坡對房屋震害的影響，并對比研究了群樁、水泥土、排水系統(tǒng)的抗液化性能，為液化場地上群樁基礎設計提供了計算方