收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

水平循环及偏心荷载作用下群桩性状模型试验研究

顾明  
【摘要】:近海工程项目通常体型巨大、结构高耸,其下部基础除了要承担上部结构的自重荷载外,还长期受到风、波浪、水流等水平循环荷载的作用。群桩基础在该循环荷载作用下不仅容易产生累积变形,极端条件下甚至可能发生破坏。另一方面,大型结构在承受水平荷载时,由于荷载作用方向的随机性,传递至下部群桩基础的荷载在某些情况下还可能存在一定的偏心距。这意味着基础将同时承受水平和扭转荷载的作用,从而产生复杂的受力和变形响应。目前人们对群桩基础在水平循环及偏心荷载作用下承载性状的认识存在很多的不足,因此有必要结合近海工程的特点对上述问题展开系统深入的研究。 本文通过1g大比尺模型试验以及离心机模型试验,分别研究了高承台群桩在水平循环及偏心荷载作用下的受荷性状。本文开展的主要工作及相应的研究成果如下: (1)采用钢管及混凝土分别设计并制作了大比尺的单桩及群桩模型,利用浙江大学大型土工物理模型试验系统开展了一系列加载试验,对水平循环及偏心等复杂荷载条件下的群桩受力和变形性状进行了系统的研究。全部模型试验包括:1×2钢管群桩水平偏心加载试验、2×2混凝土群桩水平偏心加载破坏试验、3×3钢管群桩水平循环加载试验,以及相关的单桩加载试验。 (2)基于3×3钢管群桩水平循环加载试验,分析讨论了群桩水平刚度、基桩内力及荷载分配等响应随荷载循环的变化规律,并引入了循环效应系数以评估循环荷载对桩基水平承载性状的影响。研究结果表明,桩基的水平刚度随荷载循环次数的增加而减小,且先期循环加载历史会影响桩基后期的水平加载刚度;各级循环加载中,单桩及群桩的桩头峰值荷载随循环次数增加依次表现出稳定型、发展型和破坏型等三种不同的衰减形态,反映了桩周土体由弹性到塑性再到破坏的发展过程;群桩中各排基桩分担的荷载比例随着循环次数增加不断变化,其中前排桩分担的荷载逐渐增大;由于承台的约束作用,基桩轴向循环拉压受荷,导致群桩伴随水平循环加载过程产生严重沉降;荷载循环效应对群桩水平受荷性状的影响要比单桩大得多。 (3)基于1×2钢管群桩水平偏心加载试验,分析了群桩的整体变形以及基桩内力等响应,并通过ABAQUS有限元模拟,讨论了不同偏心距大小及基桩布置形式对群桩水平偏心受荷性状的影响。试验结果表明,水平偏心荷载下群桩中各基桩的内力存在较大的区别,离加载点近的基桩承担的荷载更大;受水平与扭转荷载耦合效应影响,群桩中基桩的抗扭承载力较单桩显著提高;基桩桩头扭矩及水平剪力共同抵抗水平荷载偏心引起的附加扭矩,且基桩剪力对抵抗群桩扭转的贡献随荷载的增加不断增大。数值计算结果显示,水平荷载偏心距对群桩整体变形的影响相对较小,但对基桩的内力影响较大;基桩布置形式显著影响群桩的水平和抗倾覆刚度,但对群桩的整体扭转响应影响较小。 (4)基于2×2混凝土群桩水平偏心加载破坏试验,揭示了群桩的渐进破坏过程,配合数值分析研究了各基桩的内力随加载的变化规律,并对混凝土群桩在水平偏心荷载下的破坏过程及机理进行了总结。研究结果表明,较高的加载高度、上部结构的自重以及桩身混凝土的开裂等因素加剧了群桩在水平偏心荷载下的倾覆破坏;群桩在加载初始阶段基本处于弹性状态,各基桩的水平刚度较大;当荷载超过一定的临界值后混凝土基桩先后出现开裂,群桩刚度随之降低,变形相应增大;上部结构自重荷载引发的P-△效应使前排基桩承受的轴向荷载迅速增加,最终前排角桩出现轴向偏压破坏,群桩及其上部结构随之发生整体倾覆。 (5)利用浙江大学ZJU-400土工离心机,开展了砂土中群桩承受水平及偏心荷载的系列模型试验,着重对比研究了直桩群桩与斜桩群桩在不同荷载条件下的变形及承载特性。试验结果表明,斜桩群桩的水平及扭转承载力均显著大于直桩群桩;水平偏心荷载下斜桩群桩中各基桩的桩顶位移差异较直桩群桩更大;斜桩群桩通过基桩轴向受荷可以更有效地抵抗水平荷载。数值计算结果表明,基桩斜度对群桩水平承载性状的影响较大,群桩水平刚度随基桩斜度的增加而增大。 (6)提出了考虑多向荷载共同作用的群桩分析模型;在刚性承台的假设下推导了群桩整体刚度矩阵的表达式;同时考虑不同方向的群桩效应以及基桩各向荷载之间的耦合效应影响,讨论归纳了基桩各向刚度的计算确定方法;总结了多向荷载共同作用下群桩分析的一般流程,并给出了相应的分析实例。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马莲丛;罗书学;胡德贵;;桥梁群桩基础沉降计算[J];路基工程;2007年03期
2 黄瑞强;;轴向附加力系作用下的群桩动态反应分析[J];中南公路工程;2007年02期
3 于雪晖;徐栋;;桥梁大型群桩基础的有限元计算分析[J];中国市政工程;2007年S2期
4 蒋建平;;矩形桩的承载优越性及群桩中的干涉效应[J];科技创新导报;2011年04期
5 胡德贵,罗书学,赵善锐;群桩基础工后沉降计算方法研究[J];交通运输工程与信息学报;2004年03期
6 伏建林,沈益锋,赵锡宏;桩周土局部软化或强化对群桩性状的影响[J];岩土力学;2005年05期
7 齐良锋;吴辉科;;群桩与土共同作用的有限元分析[J];土工基础;2006年03期
8 洪小健;顾明;;基于群桩振动方程组的群桩基础阻抗函数求解及比较[J];力学季刊;2006年04期
9 洪鑫;杨敏;;群桩相互作用的近似三维弹性分析方法的建立[J];岩土工程学报;2007年12期
10 卢波;戴国亮;龚维明;刘文韬;;新疆伊犁河大桥大型群桩基础试验与数值研究[J];公路交通科技;2008年05期
11 邓友生;龚维明;;苏通大桥主塔超大群桩基础沉降特性研究[J];武汉理工大学学报;2008年07期
12 任青;黄茂松;钟锐;林毅峰;;部分埋入群桩的竖向振动特性[J];岩土工程学报;2009年09期
13 胡婷婷;刘忠;;群桩横向非线性力学响应的三维有限元数值模拟[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2009年02期
14 蔡君君;王星华;;基于灰色理论桥梁群桩基础工后沉降的预测[J];路基工程;2010年02期
15 陈仁朋;王书行;孔令刚;陈云敏;顾明;袁廉华;;不同水平偏心距下群桩内力变化规律试验研究[J];岩石力学与工程学报;2011年03期
16 邹力;吴兴序;马建林;;京沪高速铁路桩端注浆群桩基础数值模拟研究[J];路基工程;2011年02期
17 任青;黄茂松;;柔性承台下完全和部分埋入群桩的竖向振动及内力分析[J];工业建筑;2011年06期
18 李镜培;王昆;;超深群桩对邻近已有隧道的影响研究[J];岩土工程学报;2011年S2期
19 周泳涛;高正荣;鲍卫刚;;复杂群桩基础冲刷计算方法研究[J];公路;2012年04期
20 毛穗丰;康东;王宏;;常见群桩排列方式浅析[J];水电站设计;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贺翀;闫静雅;;群桩周围沉降场的计算方法[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年
2 戚玉亮;冯紫良;余俊;刘成;;泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
3 邹金林;俞季民;刘祖德;;预沉降群桩基础试验研究[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1997年
4 黄昊明;;大型群桩-软土共同作用性状研究[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
5 姜晨光;尹建章;冯兵;陆培尧;魏东海;;现代大型桥梁超大群桩基础沉降预测方法新探[A];第十三届中国科协年会第19分会场-公路在综合交通运输体系中的地位和作用研讨会论文集[C];2011年
6 伍勇吉;魏凯;庞于涛;袁万城;;桥梁深水群桩基础模型模态试验研究[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2011年
7 王敏强;郭艳阳;李传才;;承台长短群桩基础结构分析[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年
8 任回兴;贺茂生;欧阳效勇;张先武;;特殊水文地质条件下超大规模深水群桩基础施工技术[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集(下册)[C];2006年
9 刘金砺;袁振隆;黄强;李华;;竖向荷载下群桩变形试验研究[A];海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C];1994年
10 陈仁朋;陈云敏;黄海丹;;群桩共同作用的简化分析法[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(上册)[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 顾明;水平循环及偏心荷载作用下群桩性状模型试验研究[D];浙江大学;2014年
2 邹力;后注浆群桩基础沉降性状研究[D];西南交通大学;2010年
3 韩云山;独立柱基下承台、群桩与土共同工作机理研究[D];太原理工大学;2005年
4 陈乐求;群桩—承台联合基础的力学特性及其在大开间结构中的应用研究[D];中南大学;2010年
5 燕彬;桩基的振动及动力优化[D];西安建筑科技大学;2004年
6 岳强;非均匀地基中单桩和群桩的线性及非线性分析[D];山东科技大学;2007年
7 吴鹏;超大群桩基础竖向承载性能及设计理论研究[D];东南大学;2006年
8 张慧;基于单桩p-y曲线的侧向受荷群桩性状预测和研究[D];同济大学;2007年
9 熊辉;层状场域内上、下部结构动力相互作用分析及其优化设计[D];湖南大学;2003年
10 汪文彬;基于单桩载荷试验推算群桩基础沉降的研究[D];同济大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡君君;深厚软土地层桥梁超长群桩基础沉降机理的试验研究[D];中南大学;2010年
2 刘大伟;超大型深水群桩基础受力分析与安全监控模型研究[D];河海大学;2006年
3 鲁传安;桥梁群桩基础的抗震性能研究[D];同济大学;2008年
4 谢荣昌;有限元方法在研究群桩基础沉降影响因素中的应用[D];吉林大学;2009年
5 刘健;基于现场试验资料的群桩性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 伍腾峰;基于p-乘子方法的群桩横向力学响应分析[D];湘潭大学;2009年
7 姚晓;隧道施工对邻近建筑群桩基础影响研究[D];广西大学;2013年
8 王凌;倾斜荷载下群桩受力的非线性无单元分析方法与应用研究[D];湖南大学;2005年
9 胡婷婷;群桩横向力学响应的三维有限元数值分析[D];湘潭大学;2009年
10 冯世挺;横向承载群桩的有限元计算分析[D];浙江大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 杨江虹;“智慧”与“能力”的对接[N];中国交通报;2007年
2 本报记者 阎友华 通讯员 万骏义;击水中流定“神针”[N];中国经济导报;2005年
3 记者 苗蓓;大力宣传弘扬 “大桥精神”[N];南通日报;2007年
4 记者 王瑞水 特约记者 刘长山;苏通大桥获国际工程大奖[N];中国交通报;2010年
5 吉林讲述 刘玉琴 整理;“中国建桥看江苏”[N];新华日报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978