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桩基具有承载力高、抗震性能好、能减少不均匀沉降等优点,广泛地应用于高层建筑、重型厂房、桥梁、码头、大型机电设备和具有特殊要求构筑物的基础。承台在桩基中起承上启下的作用,是保证力沿传力路径有效传递的重要组成部分。因此,对桩基承台的受力机理及其承载力问题的研究具有重要的理论意义和工程意义。
本文分析了该领域的研究现状和发展动态,阐述了各国设计规范中承台设计方法存在的差异以及待解决的若干问题。然后分析了钢筋混凝土非线性有限元的原理和特点,结合本文分析的需要确定所采用方法的理论基础。接着参考前人文献确定参数等有限元分析的要素,完善分析方法。
对异形柱下的三桩承台的受力性能进行了非线性有限元模拟。本次分析采用的模型是按规范设计,为方便比较采用了工程中常用的等截面积方柱法得到等效为相同方柱的L形异形柱和T形异形柱。其中包括3倍、4倍、5倍、6倍桩距的4组薄承台和按不同厚承台定义确定的两组“厚承台”,每组模型里面包括方柱、L形异形柱和T形异形柱三个模型,总共6组18个模型。
通过对变形模式、荷载位移曲线、裂缝、应力应变分布、极限承载力,破坏模式的分析,发现:异形柱下的三桩承台初裂荷载和钢筋屈服荷载都有一定提高,而且L形异形柱提高程度大于T形异形柱,这同时证明了工程上采用等面积方柱法偏于保守;三桩承台钢筋在受弯作用下形成塑性铰线;前四组模型异形柱下三桩承台的开裂与裂缝发展和方柱相同,也符合规范的破坏模式,后两组异形柱下厚承台同样是属于冲切破坏,弯曲裂缝与前四组已有本质区别;厚承台的受力模式已经接近拱形空间桁架模型,是以斜压杆的劈裂破坏为标志的剪切破坏,而破坏时混凝土并未压碎;根据主压、主拉和裂缝的分析,得出了异形柱下的三桩承台的冲切锥;三桩承台对于异形柱下承台的桩反力调节作用很好,尤其是厚承台。