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桩基厚承台的试验研究与非线性分析

孙成访  
【摘要】:桩基以其承载力高、能减少地基不均匀沉降等优点,在工程上得到广泛的应用。 承台作为桩基的重要组成部分,起着承上启下的作用,在设计中应予重视。因此, 对桩基承台的受力机理、传力模型及其承载力问题的研究具有重要的理论意义和工 程参考价值。 传统桩基承台的内力计算都是建立在梁、板弯曲计算理论基础之上,对承台的 受剪、受冲切、局部受压承载力的验算基本沿用一般梁、板等受弯构件的计算方法。 这种设计方法只考虑承台某一指定截面上的受力,而没有考虑承台内部的完整力流 (本文试验探索性测定了厚承台内部完整的力流分布)。随着国内外学者对承台研 究的深入,人们发现平截面假定对承台尤其是厚承台不适用,于是提出了各种厚承 台的传力模型,如拉压杆模型、空间桁架模型以及空腹式模型。各国关于承台设计 方法的总体研究趋势,虽已逐渐由弯曲理论向桁架理论靠拢,但建立桩基承台合理 的传力模式仍缺乏足够的试验基础和理论依据。 本课题是继武汉工业大学三桩、四桩承台之后进行的二桩、四桩、五桩钢筋混 凝土承台试验研究。并将钢纤维混凝土这种新型的复合材料应用于钢筋混凝土承 台,按l:5缩尺模型共制作47个承台试件,其中二桩承台30个、五桩承台15个和 四桩承台2个。进行了静荷载试验和有限元非线性分析。三次所做的试验研究和理 论分析均属于《纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS38:92)的修订课题,旨在利 用钢纤维混凝土材料优良的抗拉、抗剪、抗弯和抗冲切性能,改善桩基承台的受力 特性,拓展钢纤维混凝土的工程应用范围。 在分析比较国内外有关承台设计计算方法理论体系的基础上,建立了桩基厚承 台非线性有限元计算力学模型,运用有限元分析软件,对桩基厚承台进行了从加荷、 开裂、屈服直至破坏的全过程非线性有限元计算,分析了承台的裂缝扩展情况、应 力分布规律和传力机理,为桩基承台传力模型的建立提供理论计算依据。根据基于 空间桁架模型的试验研究分析结果与有限元分析结果可以得出,桩基厚承台的传力 机理更符合空间桁架模型,即以承台底部桩顶处水平受力钢筋条带为拉杆,柱头至 桩顶区域的混凝土为斜压杆的空间桁架。 分析研究桩基承台的破坏形态随着距厚比w/h_0的变化趋势。当承台w/h_0较大时, 承台的极限承载力是以柱和角桩连线范围内混凝土或钢纤维混凝土的劈裂破坏为 控制条件;当承台w/h_0较小时,承台的极限承载力则是以柱和角桩连线范围内混凝 土形成的斜压杆的剪切破坏或角桩的冲切破坏为控制条件;研究表明,厚承台破坏 时,底部纵向钢筋并非全部均匀受力,而是集中在桩径范围内布置的钢筋受力大且


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