基于单桩静载试验结果预测群桩基础沉降的方法研究

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桩基础是高层建筑、大型桥梁等结构的常用基础形式之一,其沉降直接影响结构的安全和正常使用,因此,准确确定其沉降对桩基设计尤为重要。现有的桩基沉降计算方法种类众多,但由于土的力学性质、桩与土之间的相互作用十分复杂,因此各种计算方法得到的沉降往往有较大的误差。另一方面,由于单桩静载试验结果中包含了桩、土及其之间相互作用的真实信息,因此将其用于预测群桩基础的沉降就成为了一条顺理成章的思路。为此,本论文在前人工作的基础上,开展了以下研究工作:(1)通过分析现有的基于单桩静载试验结果预测群桩基础沉降方法的优、缺点,提出基于单桩静载试验结果反演土体变形模量和建立群桩与土体共同作用方程计算群桩基础沉降的思路。(2)对单桩沉降计算的弹性理论法基本原理进行分析,通过计算,探讨了桩-土“黏结”模型的计算误差、桩单元划分对计算精度的影响等实际应用中的问题。(3)利用ABAQUS有限元软件计算了75组不同布桩形式、桩数、桩间距和桩长的群桩基础的沉降。结果表明:群桩的“加筋”效应会使得基桩的沉降和两桩的相互作用系数减小,因此利用相互作用系数法求得的桩基沉降可能存在较大的误差。(4)基于单桩沉降计算的弹性理论法以及刚性承台的平衡条件和变形协调条件建立求解方程,并通过单桩静载试验Q-S曲线反演计算所需的土体的变形模量,建立了一个能够很好地反映出变形与应力之间的非线性关系以及群桩与土体共同作用的群桩基础沉降计算方法。(5)根据以上原理和相应的计算公式,利用Matlab软件编写了计算程序,并对两个实际工程的群桩基础沉降及桩的受力进行了计算,其沉降计算结果与实测结果吻合较好,验证了本法的可行性与合理性。
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