本文以试验为基础,采用有限元软件ANSYS7.1对桩基础进行三维有限元接触模型的分析与计算,计算了桩基的屈曲临界荷载,并就桩基的承载性能做了优化设计。 单桩在受轴向荷载作用下,会有三种破坏模式,即整体剪切破坏、刺入破坏和屈曲破坏。对于厚冲积覆盖层的桩基础,由于其桩端持力层强度大,且桩身长(细长比大),桩周土体为软弱土体,本文围绕这一特性进行屈曲临界荷载计算。 首先,本文介绍了静载试验的试验装置、加载方法,及如何通过静载试验测试数据确定桩基的竖向承载力。文章接下来做了桩土荷载传递机理的研究。对桩基的轴向承载力研究,有两种确定方法,按土体的支承能力确定或按桩身的材料强度确定。实际上,桩的承载力是桩土共同作用的结果。由于桩土作用的复杂性,土体的不均匀性,不连续性等特点,使桩土共同作用的过程变的更为困难。研究表明,用非线性函数来描述荷载传递过程更为准确。本文主要提出了三种数学模型:理想弹塑性模型,双曲线模型和指数模型。本文重点介绍了指数模型的建立过程,通过力学知识,建立了桩身荷载随深度逐渐衰减的数学模型,认为桩土荷载性状与桩端、桩周土的刚度比,桩、土的刚度比,桩的长径比等因素有关。 通过对桩土作用采用三维有限元接触模型模拟桩土间的接触受力情况,并分别讨论了桩基在有无土体作用下的临界屈曲荷载。计算结果证明,桩周土体的作用使桩基的临界屈曲荷载有了较大提高。同时对桩基进行了静力分析,桩侧摩阻的分布与静载试验的结果较相似。根据对桩周土抗力的研究,得到了土抗力与土体深度的函数表达式。 试验桩的有限元屈曲计算与分析表明,该桩基不会发生屈曲破坏。考虑到该桩嵌岩深度和计算临界屈曲荷载较大的特点,就其结构进行优化设计。首先提出了桩基临界嵌岩深度的探讨,在此基础上,就桩基结构进行最小桩径和最佳嵌岩深度的优化设计,试验桩嵌岩深度的计算表明,优化嵌岩深度为2.24m,小于实际深度(11米)。