考虑桩—土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制机理研究

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传统等刚度布桩的高层建筑群桩基础存在“碟形”差异沉降。群桩基础差异沉降过大会影响建筑物的安全使用,甚至造成建筑物整体倾斜和倒塌。如何考虑桩-土体系渐进破坏过程,充分发挥各基桩承载潜能,控制群桩基础差异沉降,是目前亟待解决的关键问题。针对该难题,本文采用模型试验、数值模拟和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制机理展开研究,提出了考虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制方法,基于单桩和群桩承载特性计算方法与不同工况下荷载传递模型研发了考虑桩-土体系渐进破坏的桩基承载特性分析软件,取得了一些有益的结论。(1)利用现场实测数据分析了桩侧阻力与桩土相对位移的关系,建立了桩土界面双曲线荷载传递模型,考虑群桩中各基桩的相互影响和群桩间加筋遮帘效应,基于荷载传递法提出了考虑桩-土渐进破坏的群桩承载特性的计算方法。考虑不同布桩模式间各基桩相互作用,形成了考虑桩-土体系渐进破坏的群桩差异沉降控制计算方法。(2)基于提出的荷载传递模型、Visual Fortran和FRIC子程序对ABAQUAS软件进行了二次开发和算例验证,实现了单桩、双桩和不同布桩模式群桩承载特性的有效模拟,揭示了群桩间“加筋遮帘”效应机理,修正了传统两桩间相互作用系数的理论公式,优化了群桩基础差异沉降控制的桩长比和桩径比。(3)研制了多功能全自动加载桩基模型试验平台,研发了桩基模型试验数据采集和分析系统,开展了单桩和双桩承载特性模型试验研究,分析了独立单桩和非受荷桩影响下单桩承载特性和桩周土体变形机理,验证了桩的“加筋遮帘”效应。基于数值模拟结果提出的最优桩长比和桩径比,开展了等刚度布桩和变刚度布桩群桩承载特性模型试验研究,验证变刚度布桩控制群桩差异沉降的效果,提出了变刚度布桩的设计思路。(4)基于提出的桩基承载特性计算方法和不同工况下荷载传递模型,采用Visual Studio开发平台,研发了考虑桩-土体系渐进破坏的桩基承载特性分析软件,解决了桩基承载特性难以方便快速估算的理论难题,实现了桩基承载特性的精确计算和有效预测,可供工程设计人员方便使用。
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