樁基礎(chǔ)水平響應(yīng)計(jì)算方法及其抗液化性能研究.pdf

1、樁基礎(chǔ)在當(dāng)前日益發(fā)展的土木工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，而樁基礎(chǔ)不僅僅承擔(dān)著豎向荷載，同時(shí)也會(huì)承擔(dān)水平向荷載，特別在地震過程中，樁頭所支撐的上部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的慣性力，使得鋼筋混凝土樁很容易進(jìn)入非線性狀態(tài)，從而產(chǎn)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(chǔ)抗震設(shè)計(jì)中重要的研究課題，對(duì)于軟土地區(qū)的水平加載樁，樁與其后側(cè)粘土的分離對(duì)樁基礎(chǔ)的水平承載性能有很大影響，如何在計(jì)算中考慮這一影響

2、尚待研究，同時(shí)，對(duì)于軟土地區(qū)的樁基礎(chǔ)會(huì)涉及到地基改良問題，如何確定經(jīng)濟(jì)有效的改良深度也是個(gè)研究課題，另外，目前對(duì)于群樁基礎(chǔ)的水平承載力設(shè)計(jì)方法還不夠完善，需要做進(jìn)一步研究，同時(shí)，在地震過程中，飽和砂土場(chǎng)地會(huì)產(chǎn)生砂土液化現(xiàn)象，而目前對(duì)于液化場(chǎng)地上群樁基礎(chǔ)抗液化性能的研究甚少，也是需要進(jìn)一步開展的工作。本文圍繞著樁基礎(chǔ)做了以下研究工作:
　　(1)針對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)變楔形體模型存在的缺點(diǎn)，如楔形體前破壞面不連續(xù)、應(yīng)力應(yīng)變路徑的公式比較復(fù)雜且

3、參數(shù)不易選取、不適用于超固結(jié)粘土的計(jì)算等，本文提出了修正的應(yīng)變楔形體模型以用于樁基礎(chǔ)的水平響應(yīng)的計(jì)算，編制了SWPILE有限元程序，并通過已有文獻(xiàn)中大量的砂土、粘土以及層狀土中水平加載樁試驗(yàn)，驗(yàn)證了該修正模型的可行性，并討論了應(yīng)變楔形體模型中的收斂問題、楔形體中應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)，并研究了土的成層效應(yīng)對(duì)樁基水平響應(yīng)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(chǔ)上，分析了密砂土場(chǎng)地和軟粘土場(chǎng)地中地表土層最大影響深度及其與計(jì)算出的楔形體高度的關(guān)系;
　　(3)在修正的應(yīng)變楔形體模型中，采用纖維單元實(shí)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(jì)算，并根據(jù)已有文獻(xiàn)中的水平加載樁試驗(yàn)資料和計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了該計(jì)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(duì)樁的撓度以及最大彎矩的影響;采用了單元應(yīng)力磨平的方法把纖維單元高斯點(diǎn)的應(yīng)力恢復(fù)到截面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，并繪制了截面的應(yīng)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(yīng)變楔形體模型中引入了p-y乘子的概念來考慮群樁效應(yīng)，并綜合了應(yīng)變楔形體模型和Mokwa等效單樁法的優(yōu)點(diǎn)，提出了改進(jìn)的等效單樁法，通過已有文獻(xiàn)中的水平加載單樁與群樁實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的有效性，并基于該

6、方法，研究了p-y乘子對(duì)不同位置（排）樁工況中計(jì)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(jì)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(chǎng)地深度對(duì)群樁效應(yīng)的影響以及不同樁頭條件對(duì)單樁和群樁基礎(chǔ)水平響應(yīng)的影響;
　　(5)初步研究了液化場(chǎng)地樁基礎(chǔ)水平響應(yīng)計(jì)算方法?；谕暾恼鸷蠓课輷p壞調(diào)查資料，應(yīng)用完全耦合的動(dòng)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(yàn)結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)輸入，并把有限元計(jì)算出的地表水平位移與已有文獻(xiàn)中經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的結(jié)果以及震害調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行了比較，從而驗(yàn)證了有限元計(jì)算結(jié)果的合理性，隨后，通過一系列的工況分析了邊坡對(duì)房屋震害的影響，并對(duì)比研究了群樁、水泥土、排水系統(tǒng)的抗液化性能，為液化場(chǎng)地上群樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了計(jì)算方