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大直径钢管桩水平承载特性研究

王瑞丰

  单桩基础以其结构简单,设计方法相对成熟,施工便捷且技术经济优势突出的特点被建筑行业广泛使用。近年来,随着海洋工程的发展,跨海大桥的修建,特别是海上风电产业的迅速崛起,桩基础呈现出直径不断增大、入土深度不断加深的发展趋势,桩基础设计的重点也逐步由竖向承载力控制过渡到有效控制桩的水平变位。结合单桩基础形式的发展,其水平承载力的确定方法主要基于小直径或中小直径钢管桩或钢筋混凝土灌注桩的研究成果,各国的相关行业规范也没有具体针对大直径桩的设计方法,因此大直径桩水平向承载特性的研究具有重要的理论意义和实际指导意义。本文以大直径钢管桩水平承载特性为研究核心,开展了以下几方面的研究工作。 通过阅读文献,分析总结水平承载桩的发展应用演变过程、主要研究成果,存在的问题以及今后的发展方向。阐述了桩基水平承载力计算的m法、p—y曲线法、极限地基反力法、综合刚度与双参数法的理论基础和适用范围,编制了相应的计算程序,与数值模拟结果相互校准,并分析了桩基径长比对水平承载力的影响。提出了大直径桩水平变位计算中应考虑薄壳破坏效应的概念,采用理论方法对实际工程中的单桩进行水平承载力分析,重点研究单桩径长比变化对水平向承载模式的影响。结合福建某海上风力发电工程实例,采用不同理论方法分析了水平荷载作用下大直径桩的变形模式,对计算结果进行比较,提出了不同理论方法应用于大直径单桩水平承载力计算适用性。 研究表明,现有的计算桩基水平向承载力与变形的方法对大直径桩的适用性有待探索,大直径钢管桩的破坏模式应引入薄壳稳定性理论考虑局部屈曲并应考虑初始缺陷导致的屈曲及后屈曲情况。在水平荷载作用下,对径长比小于1/20的小直径桩,m法计算比较合适,对径长比大于1/20且小于1/10的大直径桩,用p—y曲线法计算更能恰当地反映桩侧土的塑性破坏,计算结果与工程实际吻合较好。大直径的钢管桩在水平荷载作用下将产生局部屈曲,且屈曲破坏的变化趋势极为复杂,本文给出了判定钢管桩局部屈曲的公式,在设计时,除需满足单桩的水平承载力要求,尚需对其壳体稳定性进行验算。采用梁单元与壳单元分别对6组钢管桩进行数值模拟分析,得出小直径时用梁单元分析较为合理而桩径增大时,用壳单元模拟则更为合适。……   
[关键词]:大直径钢管桩;水平荷载;m法;p—y曲线法;板壳理论
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:天津大学2012年
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