钢纤维混凝土六桩承台传力模型与计算方法分析

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2、编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日第1章绪论第1章绪论1.1课题研究背景以及问题的提出随着工程建设的发展，桩基在高层建筑、桥梁、港口码头等工程领域中应用广泛。承台作为承上启下的结构构件，把上部结构传来的荷载传递给桩，再由桩传递给地基，因此它必须具有足够的承载能力。一个世纪以来，随着现代化工业的发展，高层建筑在世界各国得到极大发展。房子越建越高，荷载越来越大，因此桩越来越长，桩径越做越大。一般来说，承台的平面尺寸由桩的数量确定，而承台的厚度则随柱荷载和单桩承

3、载力的增大而增厚，甚至于成为三维尺寸相差无几的块体，其受力性能显然不同于一般的梁板构件。然而，迄今为止，对于这样的一种结构构件，无论试验研究还是理论分析都不够充分，致使设计人员加大承台厚度，设计出许多超厚承台的现象时有发生，这不仅造成材料的浪费，而且增加土方开挖量，也给工程施工带来很大困难。因此，全面分析和研究承台的物理力学性质，探索改善承台受力性能、降低承台设计高度的有效方法，对深入探讨桩、承台和土相互作用的工作机理，正确合理地进行桩基设计，降低工程造价以及保证上部建筑的安全使用，都将起着重要的作用。从国内外承台规范可以看出，桩基承台的内力计算都是建立在梁、板受弯曲理论基础之上，对承台的

4、受剪、受冲切、局部受压承载力的验算基本沿用一般梁、板等受弯构件的计算方法。以我国承台规范为例，承台的承载力计算包括承台抗弯、抗冲切、抗剪切及局压计算，其中受弯计算按悬臂板破坏模式，即以柱边截面为最大弯矩进行承台下部配筋，并将受力钢筋均匀布置;抗冲切计算主要在试验资料和以往经验基础上，确定冲切锥体，抗冲切承载力与冲切锥体上的混凝土抗拉强度成正比，与受力钢筋无关；抗剪验算以梁式破坏模式为基础，剪切破坏面为通过柱边和桩边连线形成的斜截面。这种设计方法沿用了受弯构件的计算方法，设计时只考虑承台某一特殊截面上的受力，而没有考虑承台内部的完整力流；规范抗冲切计算的有关假定与承台的实际应力分布及受力状态

5、也不尽相符。1武汉工业学院硕士学位论文随着对承台研究的深入，国内外学者发现对于比较厚的承台，用传统的设计方法存在较多的不足，因而提出了多种承台传力模式，其中以空间拉压杆模型(桁架模型)最具代表性。虽然空间桁架模型理论已经提出来了，但是在承台的设计中，还没有一个简便的计算方法。我国承台新规范也只是在原有基础上对承台的设计方法进行修正。因此，有必要对钢筋混凝土厚承台传力模式进一步研究。在此背景下，本文通过大量的试验数据特别是用试验的手段测定了桩基厚承台内部的完整应力流分布情况，并利用ANSYS有限元软件进行了非线性分析，进一步研究了桩基厚承台的传力机理，提出了桩基厚承台传力模型及其设计方法。针

6、对钢纤[1]维混凝土材料优良的抗拉、抗剪、抗弯和抗冲切性能，将这一新型复合材料应用于桩基承台上具有广阔的前景。本课题通过试验研究和理论分析，开拓钢纤维混凝土材料新的工程应用领域。钢纤维混凝土在桩基承台中的应用对降低承台厚度，提高承台极限承载力，减少建筑物或构筑物的基坑开挖土方量，降低施工难度，减少工程总造价具有重要的意义。1.2钢纤维混凝土桩基承台的研究钢纤维混凝土桩基承台的研究包括理论和试验两个方面。然而，由于承台材料性能和结构性能的复杂，研究工作进展缓慢。首先材料方面，钢纤维混凝土是一种复合型材料，它的强度和变形性能不仅与混凝土基体的材料性能、钢纤维的种类、制作方法、养护条件等有关，而

7、且与应力状态有关，它与普通混凝土的材料性能存在一定的差异；再者，与钢筋这一延性材料的共同作用，增加了分析的复杂性；另外，在结构方面，用数学上较易处理的薄板理论来分析厚承台已不再适合，这样一个三维问题在这样复杂的边界条件下的求解不是一件易事。故到目前为止，无论国外、国内，还未见到桩基承台理论解析解研究有重大进展的报道。目前，就研究手段而言，往往通过试验研究，观察分析，建立“模型”，再予以数值解。就数值解来说，其解的可靠性很