基于黄土地区桥梁桩基群桩效应的合理桩长选择研究

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1、基于黄土地区桥梁桩基群桩效应的合理桩长选择研究-->第一章绪论1.1研究背景1.1.1黄土的工程特性我国的黄土分布面积为64万平方公里，广泛分布在西北、华北、山东、内蒙古等地区，并且主要位于黄河中游的陕西、甘肃、青海、山西等地，这些地区黄土面积分布广泛，而且土层的厚度很大，因此有黄土高原之称[1]。其中陕西和甘肃地区的黄土层厚度最大，深度多为100至200米。当黄土被水浸湿后，在自重荷载和外荷载的作用下，结构将产生破坏和显著的附加变形，这种黄土称之为湿陷性黄土。根据黄土的湿陷性，可以把黄土分成非湿陷性黄土和湿陷性黄土。湿陷型黄土主要分布在全新世和更新世的地

2、层中，离石黄土和新黄土中的马兰黄土上部土层也具有湿陷性。在本文中只涉及到非湿陷性的黄土。1.1.2超长桩应用现状我国自20世纪80年代以来，随着土木工程的大力发展，一批批高层建筑以及大跨度桥梁等建筑物在城市中和各类交通干线上广泛应用。为了满足高层结构以及大跨度桥梁的上部结构对承载力和沉降的特殊要求，在工程中开始广泛应用群桩基础。根据统计数据显示，我国平均每年消耗的各类基桩达到了一百万根以上，并且每年超长桩的消耗量达到了二十万根以上的惊人数字[2,3]。继20世纪50年代之后，我国通过不断地努力，利用管柱技术使武汉长江大桥和南京长江大桥基桩桩底到达基岩持力层

3、；而在20世纪60年代初，我国利用人工旋挖钻在河南顺利浇筑混凝土灌注桩，之后在国内各地得到广泛应用。此后，我国学者在基础工程技术领域不断地进行研究，并且伴随着大型钻孔设备的出现，桥梁以及高层建筑的桩基直径和桩长在不断地扩大，超长群桩注1也应运而生。........1.2超长桩承载特性理论和研究方法超长桩概念的形成是一个逐步发展的过程，无论是学术领域还是工程领域，都是在桩长不断增加的实践中和理论研究中总结出来的。尽管在施工过程中，超长桩应用广泛，但在学术领域目前仍然没有给予超长桩一个确切的定义。如阳吉宝(1998)[5]、胡建华(1999)[6]、池跃君(2

4、000)[7]等根据桩的长度对超长桩进行定义，他们的观点是不论端承桩或摩擦桩，当桩的长度超过50米时都称之为超长桩；俞炯奇(2000)[8]提出当桩端荷载分担比小于10%时即为超长桩，并且在均质土中，当长径比L/D>50即为超长桩。现行的《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)，根据桩长、桩径及桩的长径比的不同，将超长桩的定义表述为：当桩长的长度大于40米的情况下，且根据不同的桩径进行划分，在长径比L/D超过一定量时，该桩便可称之为超长桩。具体到各种直径的桩，定义为:小直径超长桩：D=250mm，L=40m，L/D=100；中等直径超长桩：250mm.

5、.......第二章黄土地区单桩合理桩长有限元分析2.1概述近十几年来，经过许多学者的努力，桥梁桩基的理论研究已经取得了很大进展，而且在求解桩基的理论方法上，从之前基于二维平面分析逐渐发展到了三维空间求解。然而在求解三维问题时，依旧存在一定的技术瓶颈，因此现今工程经验仍超前于理论，现有的桩基理论与实际工程应用仍有很大差距。数值分析有很多种方法，主要包括有限单元法、有限差分法、离散单元法和边界元法等，目前有限单元法在土木工程领域应用广泛，主要原因在于其理论上比较成熟，计算较为准确，是较为高效的分析方法。有限单元法在模拟土体的塑性变形、固结特性以及桩体与土体的

6、摩擦接触上有很大的优势，所以通过有限单元法来分析黄土地区的桩基受力以及变形特性，对指导工程设计与施工有着十分重要的意义。......2.2ANSYS有限元软件介绍ANSYS有限元分析软件是由美国ANSYS公司经过多年的努力而研制开发完成的，该软件是世界上增长速度最快的计算机辅助工程软件（CAE）之一，能与许多计算机辅助设计软件（CAD）进行接口，从而实现各软件之间数据的共享和交换，例如AutoCAD、Creo、NASTRAN等。ANSYS有限元软件可以对结构、流体等多种领域进行建模计算，并且有着广泛的应用领域。ANSYS拥有十分强大的功能，而且可以通过GU

7、I和命令流两种方式进行建模和数据分析，简便易行，因此现已成为世界上应用最为广泛的有限元分析软件之一。近几年来ANSYS公司合并了美国其他的有限元软件开发公司，因此ANSYS的功能在不断增强。ANSYS的主要技术特点如下：1）ANSYS拥有强大的建模能力。其软件本身就可通过前处理的命令流或GUI建立各种各样的几何模型。建模的方式主要包括自底向上建模法、自顶向下建模法和混合建模法三种方法，而且可通过运用各种布尔运算来建立自己所需要的几何模型。2）ANSYS能够解决许多非线性问题。它不仅可以对接触非线性问题与几何非线性问题进行计算分析，还可以分析材料非线性问题和

8、单元非线性问题，在分析桩土共同作用问题时普遍应用的是接触非线性分析