基于堆载—被动桩—上部结构共同作用

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1、⑧申请同济大学工学硕士学位论文堆载一被动桩一上部结构共同作用培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程岩土工程吴文锋杨敏教授二oo七年三月乏辔j舅摘要本文针对大面积地面堆载条件下的邻近单桩以及厂房内大面积地面堆载作用下的整个结构进行分析，假定桩为简单的弹性地基梁，桩周土采用离散的弹簧单元，柱子采用梁单元，桁架采用杆单元。基于体系的变形协调及受力平衡，编制了相应的有限元计算程序。通过算例分析，对影响体系变形的各种复杂因素进行了系统的比较分析，讨论了地基堆载、桩身刚度、堆载范围，桩顶约

2、束、表层土体刚度对桩及上部结构的变形和内力的影响。关键词：被动桩；有限元法；共同作用；弹性；堆载ABSTRACTThisarticleanalyzesthepile-soilinteractionadjacenttosuperficialsurchargeandtheinteractionofthesurcharge—passivepile·superstructure．Thepileandcolumnalemodeledplanebeamelement,soiltobespringelement,trus

3、sistobebardement．Basedonthecompatibilityconditionofdisplacementandforce，thecorrespondingprogrammehasbeenencodedbyauthor．Throughtwoexamplesanalysis，thenitanalyzedsomefactorstodeformationandinterforceofpile，columnandtruss，suchasthegradeofsurcharge，therigidit

4、yofpile，thedistancebetweensurchargeandpile，theconstraintconditionofpilepeakandtherigidityofsurfacesoil．Keywords：passivepile；finiteelementmethod；interactionanalysis；elastic；surcharge第一章绪论1．1问题的提出第1章绪论桩在一般作为桥梁、房屋等建筑的基础，以把上部结构的垂直荷载传递到底层深处以满足地基的承载力及沉降要求。但在有的工程

5、中要评估已有桩基在侧向土体运动条件下的响应特性，如与桩基相邻的桥墩基础，打桩，基坑开挖，隧道开挖盾构推进，边坡滑移或山体坍移，都可能引起土层的侧向位移，而且经常要设计抗滑桩以加固不稳定不安全的边坡或阻止有可能坍滑的山体。在很多工程实例当中，如港口码头、桥梁基础、工业厂房建筑，由于地面超载没有得到完善地考虑而导致桩身弯矩过大而发生破坏的工程事故时有发生。根据桩基与周围土体的相互作用，可将桩基分为两类。第一类桩基直接承受外荷载并主动向土中传递应力，称为“主动桩”；第二类桩基并不直接承受外荷载，只是由于桩周土体在

6、自重或外荷载下发生变形或移动而受到影响，称为“被动桩”(DeBeer,1977)I”。显然，在主动桩中桩上的荷载是因，而它相对于土的变形或运动是果：在被动桩中土体运动是因，而它在桩身上引起的荷载是果。可以想象，被动桩问题比主动桩问题要复杂得多。工程中常见的被动桩主要有如下几种：(1)在挤土桩施工过程中，由于打桩(或压桩)引发的挤土效应会使周围土体产生水平位移，引起邻近桩身挠曲12J。(2)建于软土地基中的桩基码头，由于港池开挖和堆场的填土而使土体产生显著的地基沉降和水平位移，从而导致码头的偏位甚至损坏131

7、。(3)地面堆载附近的桩基，或路堤旁建筑物的桩基，由于堆载引起地基土侧向移动，可能对桩基施加巨大的水平荷载141151。此外，由于桥头路基的影响，桥台桩基及邻近桥头桥梁桩基也存在同样问题16117118l【9l。(4)抗滑桩，人们常利用桩的侧向承载能力来加固边坡，增加边坡的稳定性，这类桩称为抗滑桩，属于典型的被动桩，在全世界中得到广泛应用110lIlll112l。在我国，每年施工的抗滑桩超过上万根，投资达数亿元【1”。(5)基坑开挖或隧道开挖盾构推进条件下相邻的桩基，此类工程引起的桩的挠曲变形甚至毁坏不容忽

8、视【“】11511161。为减少桩的侧向变形，开挖一般是分段分层进行。倘若一次开挖深度过大，土体产生的水平位移会使桩产生挠曲，形成被动曲桩。由于曲桩承载力比直树要低，严重时会危及建筑物的安全1171。1998年1月10日清晨6时55分，建造十多年的上海宝钢炼钢渣处理J虏第一章绪论的屋顶系统在绵绵冬雨中轰然倒塌了。图1-1为厂房破坏区域及塌落中心位置示意图。该厂房屋顶系统的倒塌看似偶然，实际上有其必然性的一面。该厂