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海洋浮式结构桩基础的抗拔极限承载力分析

张俊清  
【摘要】: 传统桩基础一般作为高大建筑物的支撑基础,以承受竖直压力作用为主,但是,随着海洋工程和水中悬浮隧道等大型建设项目的发展,以及施工技术的不断进步,倾斜抗拔桩基础也成为深水基础的一种重要形式。相对于抗压桩而言,针对复杂荷载下斜向抗拔桩的承载力及变形特性的研究尚不多见,因此有必要对复杂荷载下斜向抗拔桩的承载性状进行深入研究。 本文在目前比较通用的有限单元法基础上,采用对称有限元法,土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型,混凝土桩采用线弹性材料模型,采用8节点六面体单元及其退化单元,在桩土界面处设置无厚度Goodman接触单元,考虑库仑摩擦作用,建立三维有限元桩土模型,对倾斜抗拔桩的承载性能进行了数值模拟。 主要分析了倾斜抗拔桩极限承载力、倾斜抗拔桩位移特征和桩的静、动承载力影响因素。本文具体工作如下: (1)通过查阅相关文献,介绍了水下悬浮隧道的研究现状和海洋浮式结构的基础形式概况,以及有限元方法和弹塑性土体本构理论等基本理论。 (2)建立了抗拔桩与土体相互作用的有限元模型,并将计算结果与其他研究者的工程实测结果进行了对比分析,验证了所建立模型的正确性。 (3)研究了抗拔桩的极限承载力特性、变形特性及承载力的影响因素。首先对比了抗拔桩与抗压桩的承载特性的差别,并考虑了荷载倾角、桩长、桩径和土体参数等因素对斜向抗拔桩承载力的影响。结果表明:抗压桩较抗拔桩的承载能力高,二者桩侧摩阻力传递机理相同;斜向抗拔桩的静承载力随着桩长、桩径、桩体模量、土体粘聚力和土体模量的增加而提高。 (4)计算分析了斜向抗拔桩基础在考虑循环波浪荷载作用下的承载力特性,研究了荷载循环次数和土体的静应力状态对斜向抗拔桩的极限承载力的影响,并分析了桩长、桩径及桩体模量对循环承载力的影响作用,并与相同条件下静力极限承载力情况进行了比较。


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