豎向荷載下基樁承載性狀的理論與試驗研究.pdf

1、隨著我國西部大開發(fā)的持續(xù)推進與中部崛起戰(zhàn)略的提出，超長大直徑樁在公路橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛。由于該類樁入土深度大，樁周地質(zhì)條件復(fù)雜，其傳力體系與普通基樁有較大差別，尤其是樁身壓縮變形量大，設(shè)計時宜按樁頂沉降控制基樁的豎向承載力。此外，當樁周地基土軟弱或自由長度較大時，超長大直徑樁往往發(fā)生失穩(wěn)破壞，因此在超長大直徑樁的設(shè)計與計算中，不僅需考慮地基土質(zhì)條件、成樁工藝等因素，尚應(yīng)計入基樁的荷載傳遞過程、幾何尺寸及埋置率等因素的影響。目前，有關(guān)

2、超長大直徑樁豎向承載性狀的研究也有待深入，故本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“基于無網(wǎng)格法的高承臺樁基屈曲機理研究”、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目“橋梁樁基屈曲機理的理論與試驗研究”以及湖南省交通廳項目“山區(qū)超高橋墩樁基礎(chǔ)承載機理及優(yōu)化設(shè)計研究”等課題，對此開展深入系統(tǒng)的研究。 (1)深入探討了基樁荷載傳遞基本方程和荷載傳遞函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，分別引入雙折線模型和雙曲線模型，導(dǎo)得了可考慮土體分層特性和樁側(cè)阻力發(fā)揮非線性特性

3、的解析解，并提出用邊界條件協(xié)調(diào)法計算基樁荷載—沉降關(guān)系，從而實現(xiàn)了按樁頂沉降控制基樁豎向承載力的設(shè)計思想。將其應(yīng)用于湖南茅草街大橋試樁資料分析，能較好地描述基樁荷載傳遞性狀和荷載—沉降關(guān)系。 (2)基于荷載傳遞法，改進雙折線模型以適應(yīng)負摩阻力發(fā)揮特點，用彈性理論反算地基土沉降曲線，導(dǎo)得了可考慮土體分層特性的樁身負摩阻力的分段解析解，并結(jié)合工程實例對樁身軸力分布進行了分析，其效果較好。 (3)針對有限元法網(wǎng)格劃分帶來的局限

4、性，首次將基于微分方程局部弱形式的無網(wǎng)格局部彼得洛夫—迦遼金法引入樁基工程領(lǐng)域，用緊支試函數(shù)加權(quán)殘量法和移動最小二乘法推導(dǎo)了其計算格式，并深入研究了權(quán)函數(shù)的選取、位移邊界條件的處理等問題。在此基礎(chǔ)上，引入樁土材料彈塑性模型及材料不連續(xù)面處理方法，編制出相應(yīng)的計算程序，計算分析結(jié)果表明，其精度遠高于有限元法。 (4)將正交試驗設(shè)計理論引入樁基工程理論分析，用正交拉丁方構(gòu)造出相應(yīng)正交表，組合影響基樁豎向承載性狀的四個主要因素及其水平

5、，用本文編制的無網(wǎng)格計算程序?qū)Ω饕蛩赜绊懗潭取⒊L大直徑樁荷載—沉降曲線規(guī)律及豎向承載力發(fā)揮特性等進行了計算分析，深化了對超長大直徑樁豎向承載性狀的認識。 (5)當樁周土較軟弱或自由長度較大時，基樁易發(fā)生失穩(wěn)破壞。為此，本文深入探討了求解基樁失穩(wěn)荷載的經(jīng)驗法、能量法及冪級數(shù)法等，針對基樁穩(wěn)定問題的大變形特性，結(jié)合能量法和變分原理導(dǎo)得了完全埋入樁和部分埋入樁的大撓度非線性微分方程。并首次將攝動理論引入基樁穩(wěn)定問題，用攝動參數(shù)展開樁