桩—土—厚承台共同作用数值分析及其工程应用研究

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随着现代经济与科技的不断发展,建筑物也由简单结构向复杂结构发展,桩基础因其优越的承载能力和适应能力,在工程中得到了较为广泛的应用和发展。承台作为桩基础中“承上启下”的结构部件,需要具有足够的承载力和抗变形能力,厚承台的应用便变得更加广泛。国内外众多规范中对厚承台的设计尚未统一,差异较大,大部分研究都只侧重于桩工作用,对桩-土-厚承台共同作用下的厚承台研究较少。本文利用模型试验和原位实验数据与有限元数值模拟分析相结合,研究桩-土-厚承台共同作用时厚承台的工作性能,探讨厚承台的受力特性、传力机理和传力模型,结合国内规范给出了厚承台的设计建议。主要研究工作结论如下:(1)利用现有的钢筋混凝土承台破坏的实验数据和钻孔灌注桩的静载实验数据验证了本文所采用的有限元分析模型的可靠性,随后针对二桩、四桩、五桩承台分别建立了桩-土-承台模型进行分析计算;(2)厚承台在承受荷载时,距厚比越小,柱底的承台应力越集中于柱中心的正下方,随着距厚比的增大,柱底应力集中的位置逐渐往靠近桩的两侧柱边处移动,柱中心正下方的压应力逐渐减小并转化为拉应力;(3)根据模拟计算出来的承台应力云图分析了厚承台的应力流分布,探讨其传力机理,并根据其传力机理得出了土中厚承台的传力模型,其符合空间桁架模型的特征,得到了相对应的空间桁架传力模型的具体形式,指出在共同作用下的斜压杆形状更类似于“八”字形;(4)受土体围压和承台底部反力作用的影响,承台内部应力的分布会产生扩散,从而削弱承台底部应力集中的现象,提高承台的承载能力。柱底的应力集中区域会随着距厚比的增大而逐渐向柱边或柱角转移;(5)根据模拟计算出来的承台应力云图分析了厚承台内部混凝土结构和厚承台底部钢筋的受力情况,并给出了配筋建议。合理设置桩顶集中布筋、均匀布筋这两种布置形式会更有效地提高承台的承载能力;(6)通过算例和有限元分析相结合,对我国现有的混凝土规范和桥涵规范中关于厚承台的相关计算公式进行设计和比较,给出了设计建议。
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