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《上海交通大学》 2007年
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混合桩型复合地基的位移相互作用系数解法及其应用研究

曹明  
【摘要】: 桩基础在土木工程中应用非常广泛。但由于在竖向荷载下的群桩基础,桩-桩、桩-土、桩-承台以及承台-土相互作用和影响的复杂性,群桩基础的荷载沉降分析方法的研究还不完善,目前的群桩沉降计算理论在计算精度以及计算速度上仍有欠缺之处。针对这些问题,本文基于积分方程理论建立了群桩的位移相互作用系数法计算理论,并通过参数分析和与实测资料比较,系统地研究了复合桩基及混合桩型复合地基的沉降以及桩土荷载分担等工程特性。 本文的创新性研究内容主要包括以下几个方面: 1.建立弹性半空间中求解桩-桩之间位移相互作用系数的第二类Fredholm积分方程。通过Mindlin解积分来求解弹性半空间中圆形荷载的基本解,按照虚拟桩法建立桩-土相互作用分析模型。数值计算结果表明,与现有方法解答相比,本文的方法更加合理,能够考虑群桩在土中的“加筋效应”。对桩-桩之间位移相互作用系数进行了参数分析,得出一些具有工程应用价值的结论。 2.研究了高承台群桩位移相互作用系数解法。利用叠加原理将桩-桩之间位移相互作用系数法推广至高承台群桩的求解,可用于求解桩长、桩径和桩身刚度不相等的混合桩型问题。将本文计算结果与现有弹性理论方法计算结果进行广泛的对比,验证了本文方法和计算程序的正确性,并且讨论了群桩在土中的“加筋效应”和“遮帘效应”对桩基性状的影响。针对高承台的等长群桩和不等长群桩两种情况,研究了桩身刚度、长细比和桩间距对群桩等效刚度以及群桩中各桩桩顶荷载分担特性的影响。 3.研究了桩筏基础位移相互作用系数解法。根据桩-桩位移相互作用系数,提出桩-土、土-土位移相互作用系数;按照虚拟桩法建立分析模型,基于圆形荷载的基本解及弹性理论推导出求解桩-土之间位移相互作用系数的第二类Fredholm积分方程,将高承台群桩位移相互作用系数法推广至桩筏基础的求解,在求解中引入了承台下地基土的共同作用。通过与现有文献结果进行对比,检验了本文方法和计算程序的可靠性。 4.研究了混合桩型复合地基位移相互作用系数解法。采用Winkler分布弹簧模拟复合地基中的垫层作用,在桩筏基础位移相互作用系数解法基础上,建立了混合桩型复合地基的分析模型,以分析垫层作用下的桩土荷载分担和基础沉降特性。对混合桩型复合地基进行了广泛的参数研究,考察了垫层厚度、垫层弹性模量、桩长、桩间距、桩身刚度和土的泊松比对复合地基等效刚度以及荷载分布规律的影响。 5.研究了层状地基中高承台群桩位移相互作用系数解法。基于传递矩阵法,推导出求解层状地基中桩-桩之间的位移相互作用系数的第二类Fredholm积分方程。按照虚拟桩方法,建立层状地基中高承台群桩位移相互作用系数解法,并且通过与既有文献计算结果进行对比,验证了本文方法和计算程序的正确性。在参数分析中,研究了桩身刚度、桩长细比和桩间距对群桩等效刚度以及群桩中各桩桩顶荷载分担特性的影响。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU473.1

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