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原文传递大跨有推力拱桥矩形群桩基础承载特性研究

论文题名：	大跨有推力拱桥矩形群桩基础承载特性研究
关键词：	大跨拱桥;矩形群桩基础;承载特性;数值模拟
摘要：	矩形桩是一种区别于传统圆形桩，横截面形状为矩形的桩。从理论上说，当桩横截面积一定时，矩形截面桩的截面周长大于圆形截面桩，使用混凝土量相同时，矩形截面桩的侧面积更大，且正方形截面桩的惯性矩、刚度均比圆形截面桩更大，其抗弯能力更强，因此矩形桩的水平承载性能和竖向承载性能都具有优越性。但目前矩形桩还是更多地在深基坑、路基高边坡支护工程中作为抗滑桩应用，直接用作结构或桥梁基础十分罕见，其理论研究和实践应用都存在着空白，一些在圆形桩研究得到的经验公式和规律性的认识，是否适用于矩形桩需要依托于实际工程做进一步研究。引江济淮工程合铜黄G3高速大跨拱桥首次采用了矩形群桩基础结构作为拱座基础，对该项目开展研究可为矩形群桩基础在桥梁基础中的应用提供理论支撑。本文依托于引江济淮工程合铜黄G3高速大跨拱桥项目，运用现场监测试验、有限元数值模拟和理论分析相结合的方法，对矩形群桩基础的承载特性进行了深入研究，取得了一些有益成果，为后续进一步的研究奠定了基础。本文主要工作内容和结论如下：　　（1）首次设计并完成了桥梁施工建设全周期的现场监测试验，对引江济淮工程合铜黄G3高速大跨拱桥拱座基础10根矩形桩进行了施工建设周期的现场监测，得到了不同施工阶段矩形群桩基础在水平荷载和竖向荷载共同作用下桩身弯矩、桩身水平位移和桩侧土压力变化规律，研究其在荷载作用下的承载和变形特性。矩形群桩基础施工现场长期监测结果表明，矩形群桩基础力学性能良好，整个施工过程中结构的内力和水平位移在规定的容许值内，现有的矩形群桩基础是安全可靠的，矩形群桩基础结构设计和现场监测方案是可行的。　　（2）应用有限元软件ABAQUS对水平荷载和竖向荷载共同作用下的矩形群桩基础承载特性进行深入研究，建立了合铜黄G3高速大跨拱桥矩形截面单桩基础、矩形截面群桩基础和与其截面积相同的圆形截面单桩基础、圆形截面群桩基础模型进行对比分析，计算结果表明矩形桩在桩身内力、桩身位移、桩基础水平承载力、群桩效应均具有优越性，角桩的优越性最为明显，在设计时可优先考虑。　　（3）对桩基础水平承载性能理论分析方法进行介绍，依托于合铜黄G3高速大跨拱桥工程，运用理论分析方法m法和p-y曲线法对矩形群桩基础的内力和位移进行计算，将承台施工阶段、拱座施工阶段、上部结构施工阶段的理论计算结果与现场试验实测数据对比分析，理论计算方法所得到的的矩形桩的内力和变形变化规律与现场实测数据相一致，计算误差在1%到15%之间。API规范法和m法计算得出的桩身内力与实测值相比略微偏大，偏差不大于5%，适用性良好。比较了将矩形桩等效为等宽度、等面积、等周长的圆形桩三种等效计算方法，结果表明将矩形桩等效为宽度相等的圆形桩最接近现场实测值，可优先考虑用该种方法进行计算。
作者：	宋明泽
专业：	建筑与土木工程
导师：	龚维明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021