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高强度桩复合地基桩土相互作用及有效桩长的有限元分析
| 论文题名： | 高强度桩复合地基桩土相互作用及有效桩长的有限元分析 |
| 关键词： | 复合地基;高强度桩;相互作用;接触特性;临界滑动位移;有效桩长;有限元分析 |
| 摘要： | 复合地基因其良好的适用性和经济性，在高速铁路、高速公路等工程建设中得到了广泛的应用。随着高速铁路、高速公路的快速发展，设计标准有了很大提高，高强度桩用于高速铁路、公路路基工程中地基的加固处理已非常普遍。然由于对高强度摩擦桩承载机理的理论研究明显落后于工程实践，因此，为提高工程可靠性，工程设计中存在盲目增大桩长的现象，以致不仅提高了建设成本，同时给工程施工带来困难。针对这种广泛存在的现象，本文首先采用大型通用有限元软件ADINA对结构物与土体接触问题进行了深入探讨，在此基础上，建立了单桩桩土相互作用有限元模型，对高强度摩擦桩有效桩长的影响因素及各因素对有效桩长的影响规律进行了探讨分析，主要工作如下： (1)对ADINA软件中摩擦单元接触问题处理的约束方程法进行了改进，得出了与Goodman单元相类似的切向接触条件，实现了用临界相对位移增量△Su控制切向接触的极限条件(滑动状态)，这一成果对于结构物与土体结构接触特性分析中土体滑动剪切临界位移的模拟有着重要意义。基于该结论通过ADINA软件开展了滑块模型的数值计算，分析了ADINA软件中接触计算条件和参数对结果的影响规律，计算表明：摩擦力与法向力、摩擦系数成正比；临界相对位移增量越大，滑块滑动时所需的相对位移也就相应变大，滑动前相同位移下计算得到的接触面切向摩擦力越小。 (2)基于ADINA对结构物与土体接触特性模拟的结论，建立了单桩桩顶荷载作用下桩土相互作用分析模型，并通过土工离心模型试验得到了验证。利用建立的单桩桩土相互作用有限元模型，开展了柔性单桩和高强度单桩的荷载传递特性分析。分别讨论了同一桩承荷载下不同桩长、相同桩长不同桩承荷载时柔性单桩与高强度单桩荷载传递规律特性。在此基础上分析了柔性桩与高强度桩的桩土相互作用特性及其荷载传递规律，分析表明，高强度摩擦桩的荷载传递能力明显优于柔性桩，桩长及荷载等因素的变化会导致高强度摩擦桩的桩身轴力在桩长范围内重新分布调整，但对桩端阻力及桩顶沉降的影响并不大。 (3)结合对柔性桩和高强度桩的桩土相互作用特性的分析，区分了临界桩长和有效桩长的概念，并指出了二者的核心均是桩侧摩阻力的发挥问题，构建了一种基于桩侧摩阻力发挥程度的有效桩长确定方法。通过该方法重点讨论了桩承荷载、桩周土模量、桩土界面摩擦系数等因素对高强度桩有效桩长的影响。结果表明，高强度桩的有效桩长随桩承载荷载的增加而增加、随桩周土模量与桩土界面摩擦系数的增加而减小。 |
| 作者： | 张立祥 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 罗强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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