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《浙江大学》 2004年 博士论文
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倾斜荷载作用下斜桩基础工作性状研究

吕凡任  
【摘要】: 斜桩以及有斜桩群桩广泛应用于桥梁、码头以及大型输电线路基础等。同时,由于施工机具、施工技术的限制,地质条件的变化,有的直桩也因施工原因成为斜桩。目前对于斜桩单桩和有斜桩群桩承载特性的研究,还鲜有文献报道。本文将斜桩单桩和有斜桩群桩作为研究对象,提出了“广义弹性理论法”进行分析,并结合大型输电线路杆塔基础微型桩技术开发,开展了模型试验、原型试验和工程应用研究。 在弹性理论法的基础上,假设桩-土之间存在相对位移,桩-土相互作用力是相对位移的函数,以模拟桩-土之间的相对位移和塑性作用,本文称为“广义弹性理论法”。这种方法可以考虑桩周土的塑性和桩-桩相互作用,还可以分析斜桩以及有斜桩的群桩。 把广义弹性理论法用于单桩分析,建立了相应的模型和公式。对于直桩,退化为弹性理论的计算结果同Poulos的结果一致,退化为荷载传递法与他人的结果基本吻合;然后研究了斜桩的荷载-变形特性,把公式用于计算Meyerhof的模型试验以及ZhangLM的离心机试验的荷载-位移关系,发现同试验结果吻合较好。结合前人的研究成果,根据不同模型的计算比较,确定了“广义弹性理论法”模型参数的取值方法。算例表明,竖向受荷直桩比斜桩有更大承载力;水平受荷单桩,“正斜”斜桩有较大的承载力,“负斜”斜桩承载力较小,直桩居中。就桩顶的竖向沉降而言,桩身的微小偏斜(小于10°),对竖向受荷桩的正常使用没有明显的影响;倾角太大的斜桩承受竖向荷载的能力有所减少;直桩可以承受一定倾角(小于10°)的倾斜荷载,这时的倾斜荷载对桩顶的沉降影响较小,但桩顶水平位移增加比较明显。 把“广义弹性理论法”用于群桩分析,利用本文方法可以考虑桩-土以及桩-桩相互作用的优点,视单桩为轴向刚度、径向刚度和转动刚度己知的柱梁,建立了斜桩群桩分析模型,推导了相应的计算公式,其中单桩刚度采用迭代的方法计算。算例分析表明,随着群桩承受荷载的增加,单桩的轴力和刚度分布逐渐趋于均匀;比较单桩不同布置形式的群桩,发现圆形布置时其单桩轴力更加均匀。与单桩类似,竖向受荷直桩群桩承载力比斜桩群桩大;水平受荷群桩,“正斜”单桩组成的群桩比直桩群桩和“负斜”单桩组成的群桩的承载力大。 为了检验计算理论的合理性并指导工程设计和施工,分别在室内做了模型试验、在现场做了原型试验。模型试验发现,伸向四周的单桩组成的群桩具有更好的抵抗倾斜荷载的能力,这一点特别有利于输电线路基础等;原型试验发现,微 型桩单桩和群桩的承载力完全达到设计承载要求,其群桩效率在0.9左右。根据 原型试验和模型试验的地质条件,分别选择计算参数,计算荷载一变形曲线,同 试验结果取得了比较好的一致,进一步说明计算理论和计算方法的合理性和可靠 性。


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