大型群桩基础厚承台传力机理与计算方法研究

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大型群桩基础厚承台计算方法一直以来是国内外研究的热点与难点。考虑桩一土共同作用的基桩反力的确定、承台计算模型的简化、拉压杆模型中压杆强度的计算以及正常使用极限状态裂缝控制宽度的验算是大型群桩基础厚承台计算的关键。本文重点对这四个方面进行了研究。主要内容如下: 采用桩-土等代刚度的概念,建立了承台-桩-土体系的简化模型,基于剪切位移法,提出了桩一土等代刚度的简化计算方法,并通过有限元算例证明这种方法的计算精度能够满足工程要求。此外,基于弹性支承梁可假定为刚性梁应该满足的条件,通过引入考虑桩一土共同作用的基桩等代刚度,提出了刚性承台厚度应该满足的条件,为承台计算时厚度的拟定提供了参照。 采用ANSYS软件分析了承台厚度、桩距、桩数、布桩形式等因素对承台传力的影响,揭示了大型群桩基础承台的传力机理。在此基础上,提出了大型群桩基础厚承台拉压杆-梁组合模型;结合桩-土等代刚度,提出了大型群桩基础基桩反力的计算方法。 通过引入混凝土虚结点,提出了带粘结滑移的二维和三维埋置组合式钢筋混凝土有限单元模型。通过对配置弯起钢筋的简支梁和牛腿的计算证明了该模型的优越性;通过对钢筋混凝土薄板试验、拉拔试验和圆柱体局部受压试验的模拟证明了该模型的合理性。 进行了不同高度、不同混凝土约束范围和不同配筋的钢筋混凝土压杆的模型试验,揭示了钢筋混凝土压杆破坏机理;在此基础上,采用带粘结滑移的埋置组合式单元模型分析了混凝土约束范围、高度、配筋等因素对其强度的影响,提出了相应的计算公式。 综合基桩反力计算方法、承台简化计算模型、钢筋混凝土压杆强度计算方法等成果,提出了大型群桩基础厚承台内力和配筋计算方法,并结合桥梁工程大型群桩基础进行了计算示例。钢筋混凝土非线性有限元计算表明,按本文方法计算承台的内力与配筋、承载力和裂缝宽度控制均能满足要求;与应力图形法和梁式体系设计方法的对比计算表明,本文方法与应力图形法比较接近。
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