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单桩竖向承载力的试验研究与建模分析

毛昌庆  
【摘要】: 单桩竖向承载力是指单桩所具有的承受竖向荷载的能力,其最大的承载能力称为单桩竖向极限承载力。单桩竖向承载力是桩基设计的最重要的设计参数,其大小的确定及测试也是基础工程中最为关键的环节之一。鉴于目前的研究水平,探索确定单桩竖向承载力的试验办法,突破传统思维的局限,将动静试验办法及其结果进行对比研究,辅以新进科研手段,显得紧迫而富有现实意义。 论文系统阐述确定单桩竖向承载力的试验方法,包括静载试验的试验原理和方法、动力测试方法的基本理论及其公式,尝试运用有限元方法对桩-土体系进行建模分析,探索通过有限元模型推算单桩竖向承载力的思路和方法。并结合某特大桥1#试桩项目,综合运用静载、动力测试以及有限元办法分析该桩竖向承载力的极限值或容许值,经对比研究发现,正确运用动力方法和有限元方法也能比较准确地获得单桩竖向承载力,具有独特的优势和价值。论文研究获得的成果主要有: (1)单桩竖向承载力静载试验综合运用力学原理和数理统计知识,通过采集数据绘制试验曲线(如Q-s曲线),判定单桩竖向极限承载力,进而得到单桩竖向承载力特征值,该值包含足够的安全系数,能够满足工程应用的需要,但有耗用人力物力巨大,持续时间长,不确定性强等缺点。 (2)不论高应变还是低应变,动力方法确定单桩竖向承载力的理论体系是完备的,应用于工程实际也有其独特的优势,关键问题在于识别桩-土体系的参数。因此,在实际工程项目中开展动力测试工作,收集动静对比资料,并借助有限元建模分析等手段进行参数识别,有利于打破传统思维局限。 (3)通过建立有限元模型对某大桥1#试桩进行分析,可以类似于静载试验得到荷载-位移曲线(Q-s曲线),容易发现,在初期各级荷载的作用下,单桩竖向的位移呈现较好的线性关系,再根据规范中的容许沉降等参数,可以比较简单地获得有限元模型中的单桩竖向承载力容许值。该方法可行有效,优势突出,值得深入探讨。


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