基于应力叠加原理的桥梁桩基群桩效应研究

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桩基础一直是桥梁结构采用的主要基础形式之一,并且由于其承载力高、稳定性好、不均匀沉降小等多方面的优点,使得它在桥梁建设当中的使用越来越频繁,并且为了满足桥梁安全、稳定的需要,对双桩、四桩、群桩等多桩基础的采用也越来越多。虽然《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)[1]中对部分群桩基础承载力的确定给出了具体的计算方法和试验确定方法,但是对于摩擦群桩中桩间距小于6倍桩径情况的群桩基础,其计算方法过于笼统、单一,特别是对于桩间距在3-6倍桩径时的群桩竖向承载力计算,直接将群桩基础作为整体来考虑,忽略了群桩效应对群桩承载力影响的具体程度,因此,对考虑群桩效应系数来确定桥梁摩擦群桩竖向承载力的分析十分必要。论文通过理论分析推导、现场试验数据研究和有限元手段分析对桥梁摩擦群桩的竖向承载力计算方法进行对比研究,主要内容如下:(1)通过资料收集和文献阅读,了解了工民建、港口和桥梁桩基础的荷载特点、桩基尺寸和竖向承载力计算方法。由于在不同行业中,桩基修建的场所和所受到的荷载类型不同,导致了不同行业中桩基的尺寸和竖向承载力计算方法之间存在一定的区别。(2)利用黄土中单桩现场试验数据和有限元分析得到的模拟数据,与理论分析得到的摩擦单桩承载性状规律进行对比。得到有限元的桩侧摩阻力分布规律与理论研究结果和现场试验结果基本相同,在桩侧摩阻力达到极限状态之前,它是随着桩基入土深度呈二次抛物线增大的,并与桩侧摩阻力作用点位置到桩中心的距离呈反比;桩侧摩阻力的极限值根据桩土界面强度和土体抗剪强度中的较小值来确定;在三角形桩侧摩阻力分布模式下,计算得到的桩侧摩阻力在土中会引起反作用力,通过该反作用力得到的土中不同点的竖向应力值与实际值较为接近。(3)通过假定桩侧摩阻力是呈三角形分布的,并且单桩竖向荷载全部由桩侧摩阻力来承担,分析得到了桥梁摩擦群桩基础的群桩效应系数计算方法。并根据复杂土层中的群桩现场模型试验数据和有限元模拟多种工况下的群桩模型计算数据,对桥梁摩擦群桩基础群桩效应计算理论进行验证。分析验证表明:在桩数为2、4、9根,桩间距为多倍桩径的群桩基础,用桥梁群桩效应系数理论计算公式得到的群桩竖向承载力与试验测得结果和有限元模拟数据之间的差距都很小,从而验证了该计算理论的可靠性。本文通过上述方法对比研究得到了黄土中桥梁钻孔摩擦群桩的群桩效应系数计算方法,其适用于桥梁中桩间距为3-6倍桩径的钻孔摩擦群桩基础承载力的计算。
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