[硕士]改进的荷载传递法在桩基沉降计算中的应用研究.pdf

摘要 摘 要 如今的大型基础设施的建设都离不开桩基础，但是桩基础的沉降计算一直以来都 是一个难题。而对大量的桩基沉降的原位试验和离心试验都表明桩基的侧摩阻力在不 同应力水平下呈现很明显的非线性，于是很有必要将非线性考虑到单桩或群桩的沉降 计算中。本文针对侧摩阻力非线性的多样性，包括侧阻硬化，侧阻软化和弹塑性模型， 建立了改进的荷载传递法——统一三折线模型对单桩和群桩的沉降计算做了解析方 法和数值方法上的研究。 对荷载传递法中的一些容易引起误解的概念做了对比分析，首先发现桩侧摩阻力 M 与桩土相对位移的关系和桩侧摩阻力与桩身位移的关系是相同的，其原因是桩土相对 O 位移和桩身位移在桩侧表面实际上是同一个物理量。其次明确了荷载传递的双曲线模 C 型有经验双曲线与理论双曲线之分，以及侧摩阻力为加工硬化时临界位移值是如何确 . 定的。 G N 通过建立统一三折线模型(可以统一表示侧阻硬化、侧阻软化和侧阻弹塑性特 O 性)，导出了考虑极限侧摩阻力沿深度线性增加时的单桩荷载传递的解析解，并给出 L 了荷载传递过程中桩身塑性段和滑移段的计算方法。利用该解析解分别对侧阻弹塑 U 性，侧阻软化和侧阻硬化三种情况进行计算，并和已有文献算例的计算结果及桩基离 H 心机试验结果进行了对比，发现吻合较好。采用该模型，分析了桩身几何参数、桩顶 Z 荷载水平和桩周(端)土特性对单桩承载变形性状的影响，并得出端阻比随桩身参数 的变化规律。 W. W 将统一三折线模型与杆系有限元耦合，建立了一种简便的矩阵位移法，从而将统 W 一三折线模型扩展到成层土中单桩的沉降计算。该法通过统一三折线将桩侧摩阻力化 为等效非线性弹簧，而将桩身离散成杆系单元，采用初应力法求解非线性方程组，同 时可将桩身混凝土的弹塑性以及桩侧摩阻力对桩端沉降的影响计入到最终的单桩沉 降计算值。利用该法对文献已有算例，离心试验以及工程实测中的单桩沉降进行计算 网 对比，发现与实测结果以及解析法的计算结果比较吻合。利用该模型研究了高水平荷 龙 载作用下，混凝土弹塑性的分布规律以及侧阻对桩端沉降影响的适用范围。 将三折线模型的线弹性段荷载传递关系通过群桩混合法的概念引入到群桩沉降 筑 计算中。通过和Randolph模型的类比，得出该线弹性段刚度的理论表达式，并将该 表达式应用到群桩计算中，进行了相关的参数研究。分析了在弹性半无限空间中不同 群桩的基桩荷载沉降比和各基桩的荷载分布随长径比、距径比、桩土刚度比的变化规 律；分析了有限厚度土层以及桩端土模量与桩周土模量之比对群桩沉降和荷载分布的 影响：最后还分析了成层土各土层的分布形式对群桩荷载分布的影响。 将统一三折线模型通过群桩混合法引入到群桩沉降计算中，从而能够将侧摩阻力 的非线性计入到群桩沉降的计算。用该方法对离心试验和工程实例中的群桩沉降进行 计算，并将计算结果与实测结果进行对比，验证了方法的可行性。同时用该法研究了