两阶段变刚度桩筏基础负摩阻力特性研究

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随着国民经济快速发展,在城市里不断出现各类高层乃至超高层建筑,而桩基础由于具有高承载力及低沉降等优势,受到人们的广泛青睐。之前,林树枝教授等人,提出“两阶段变刚度桩筏基础”新技术,在桩顶处设置变形装置,调节桩基础的整体刚度,充分发挥利用了浅层地基土的承载力,同时能减小差异沉降,带来极大的经济效益。然而,由于自身机制原因,施工加载中存在较大负摩阻力,若忽视其影响将影响结构安全。本文采用理论计算、数值模拟并结合工程实例,对两阶段变刚度复合桩基的负摩阻力问题进行了研究。  本文主要内容有:  (1)负摩阻力计算理论  简述桩基负摩阻力计算理论发展沿革,并介绍研究两阶段变刚度桩筏基础负摩阻力特性的实际背景;比较分析当前常用的极限分析法、弹性和弹塑性理论法、荷载传递法、剪切位移法,以及本文将采用的数值模拟法的优劣,说明采用数值模拟法及经验公式的原因。  (2)三维有限元数值分析  利用ABAQUS有限元软件建模,首先分析模拟变刚度桩筏基础与常规桩基相比较;同时,分别改变桩长、桩径、桩间距、筏板厚度、浅层土摩擦系数、桩端土弹性模量及变刚度节点等变量大小,进行参数分析,考察不同变量对两阶段变刚度桩基负摩阻力的影响,为工程实践提供相关参考。  (3)可靠度分析与承载力验算  在考虑桩侧负摩阻力情况下,对两阶段变刚度桩筏基础进行可靠度分析,并考察安全系数与可靠度指标关系,证明安全系数法的合理性。  以“厦门当代·天境”工程为例,取变刚度时刻,分析计算考虑负摩阻力时结构的可靠度,校验其承载力,并与不考虑负摩阻力的情况进行比较,定量考察负摩阻力的影响。运用Abaqus有限元软件,建立该工程简化三维有限元模型,进行数值模拟分析,将计算结果与工程实测数据相比较分析。理论计算和工程实践均验证了两阶段变刚度桩筏基础的负摩阻力特性。
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