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推扭荷载下群桩基础承载机理及计算理论研究

沈文杰  
【摘要】:近年来,大型建(构)筑在复杂的工作环境中的工作性状与破坏形态受到了广泛关注。与常规环境不同,复杂环境下结构物所受的组合荷载更为特殊,如风荷载或船舶撞击等引起的扭转荷载与水平荷载的耦合。工程上已有由于船舶撞击而导致上部结构突然破坏,以及风载引起建筑物永久变形的案例。因此,对推扭耦合条件下群桩基础的承载机理及相关计算理论进行研究十分必要。本文为此展开了一系列的研究,主要工作如下:(1)结合国内外研究现状,在已有的研究成果的基础上,对推扭荷载下群桩基础的荷载分配、位移模式以及破坏模式进行了初步的分析;(2)结合屈服接近度概念,分别对推扭荷载下单桩地表及桩中桩周土在荷载下的应力路径进行分析,由结果可知:扭转荷载下桩周土应力通常沿某一?平面上向屈服面接近;水平荷载下桩周土应力路径与?平面呈一定角度;而推扭耦合作用会导致两种应力路径的组合。其应力路径分析有助于定性分析推扭耦合效应对桩基水平和扭转特性的影响;结合三维数值分析方法,对推扭荷载下桩基础的响应特征及耦合效应进行分析,分析表明,土质以及偏心距的大小均对群桩基础的受荷性状有影响;水平荷载与扭矩荷载存在耦合效应,水平荷载对群桩扭转刚度有增强的作用,扭矩荷载对群桩的水平向刚度有减弱的作用。(3)首先在分析推扭荷载下群桩基础工作机理的基础上,根据静力平衡条件建立了以转心为参照点的各基桩位移及转角普适方程。其次,采用p-y曲线法以及单桩扭转刚度计算理论分别确定各基桩的水平刚度与扭转刚度,并提出了各计算参数的取值方法。然后,建立了推扭荷载群桩内力与位移的解算流程,编制了相应的计算程序,与试验数据的对比表明,本文方法计算结果与实测结果吻合较好,且计算过程简单,具有工程实用性。最后,采用计算程序对推扭耦合作用下群桩基础进行了失稳破坏分析,结果表明:当荷载偏心距变大时,同等量级荷载下群桩转角即随之增大,偏心距对承台转角的影响更明显;而影响群桩水平位移的主要因素则是水平荷载及桩头水平刚度。(4)在对桩基础基本设计原则、桩型选择方法以及一般设计步骤进行初步总结分析的基础上,建立了推扭荷载下群桩设计验算流程。


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