水泥土加芯抗拔桩的有限元研究

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1、单位代磅１０４７５学晋１０４７５３１２０７３８分类号ＴＵ４７３皆為乂聲硕ｉ学位论文水泥±加芯抗巧巧的有限元研究．－瓜学科、专业：结构工程研究方向：地基处理申请学位类别：工学硕±申请人：陈化指导教师：岳建伟教授二〇—五年五月关于学位论文独创声明和学术诚信承诺本人向河南大学提出硕壬学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文ｋ乂说明、标注和致谢的地方外人经发中特别加，论文中不包括其他表或撰写过的研究

2、成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料一同工作的同事对本研究所做的任何责献均色在论文中作。与我了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺；所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。学位申请人（学位论文作者）签尤：．２０１；年占月占曰．ｙ关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审掠批准授予硕击学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文科研信息机构（纸质文

3、本和电子文本）＂供公众检索，查巧。本人授权河南大学出于宣扬．展览学校目从缩发展和进行学术交流，可、．扛猫和拷学术等的泉取影印印贝等复制手段保存、汇位论文文本编（纸文本和）。学质电子（及保内位论文适授权）涉密容的在解密后用本书学位获名徐Ａ得（位论文）签：｝学者学者作２０１日年５月曼主文指名学位论导教师签：禾，，２０１年曰＾玄月ｉTHEFINITEELEMENTANALYSISOFTHECOMPOSITEUPLIFTPILEADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolo

4、fHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByChenXuSupervisor:Prof.YueJianweiMay,2015摘要水泥土加芯抗拔桩集成了预应力与组合桩技术，桩体的构成与传统抗拔桩相比有很大差异，其主体结构由混凝土内芯、预制耐久性桩头和水泥土外芯组成，内置预应力钢绞线。当桩端受到上拔荷载时，首先由预应力钢绞线直接将荷载传递至内芯底端，使混凝土内芯承担主要荷载，这样就将抗拔桩由传统的桩身

5、材料受拉状态转变为了受压状态，有效解决了传统抗拔桩存在的桩身混凝土开裂问题；借鉴组合桩的优势，荷载通过混凝土内芯的侧摩阻力传递给水泥土外芯，再以水泥土外芯为媒介将荷载传递至桩周土中，形成了从内芯至外芯再到桩周土体的多重荷载传递模式，既节约了材料同时提高了桩体的承载力。本文首先介绍了水泥土加芯抗拔桩的构造与施工工艺，然后分两个阶段对水泥土加芯抗拔桩进行了有限元模拟分析一研究了该桩型的荷载传递机理与承载特性，并根据模拟结果提出了进一步的优化改进措施，最后用圆孔扩张理论对水泥土加芯抗拔桩的施工过程进行了分析探讨。论证了水泥土加芯抗拔桩为摩擦桩，其

6、荷载传递具有层次性，通过改变模型参数分析了含芯率、桩径、桩长对承载力的影响，得到如下规律：1.该桩型的荷载传递方式为：从桩顶至桩底、从桩内芯向外芯再向桩周土体的多层次扩散模式。2.在内芯和外围水泥土协同工作前，随着内芯比率的增加承载力逐渐增大，内芯和外围水泥土协同工作后，再增加内芯的比率对提高承载力影响不大；确保荷载按照理想模式传递的关键为桩体内外芯界面摩阻力大于桩土界面摩阻力，从而使得荷载从内向外分层传递扩散。3.在保证内芯与水泥土外芯协同工作的条件下，承载力随着桩长、桩径的增大而线性增加。4.通过从泊松效应以及受力点两方面分析，论证了水

7、泥土加芯抗拔桩的抗拔系数λ相比传统抗拔桩偏大。针对模拟中存在的现象对该桩型的桩体结构进行了优化改进，主要包括改变内芯I长度、改变桩底部水泥土体积与强度、改变桩周土体三方面，得到如下规律：1.芯桩长度对抗拔承载力的影响可以分为三类：由于芯桩过短，使得芯桩的侧摩阻力分担的上拔荷载过小，上拔力主要由芯桩上端部的水泥土承担，导致其发生刺入破坏，在发生刺入破坏的芯桩长度范围内，极限承载力随内芯长度的增加而增长；随着芯桩的长度继续增加，使得芯桩的侧摩阻力分担的上拔荷载增大，芯桩上端部对水泥土产生挤密作用，但并未使水泥土发生破坏，最终使得整个桩体在克服桩

8、侧摩阻力后突然拔出，由于芯桩上端部对水泥土的挤密作用，在挤密区域中水泥土与土体间的侧摩阻力相对于未优化前的桩体增大不少，致使最终克服水泥土—土体间的极限承载力大于未优化前的桩体；