【博士】集群桩基大型承台按软化空间桁架设计理论的试验研究【2007】

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内容简介

　　学科专业：防灾减灾工程及防护工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2007年　　桩基承台基础是广泛应用于重要工业与民用建筑和大、中型桥梁等工程中的重要构件。桩基承台一般处在三维应力状态下工作，且受局部应力干扰严重，因此较为复杂，其承载力计算问题一直没有得到很好解决。近年来国内外对桩基承台受力机理进行了探索性研究，在厚承台中采用传统受弯体系的计算模式日益受到挑战和置疑，桁架模型得到广大研究人员的验证，并被认为是对计算理论的变革。本文主要对复杂荷载下集群桩基大型承台进行理论分析和试验研究，提出了适用于桩基承台承载力计算的软化空间桁架模型，并通过试验进行了验证，建立了承台受力全过程分析的设计方法。主要内容和成果如下： 　　1、通过对控制截面法、空间桁架法的分析和国内外桩基承台试验数据的统计，提出了用宽高比作为控制指标来判定空间桁架方法与控制截面方法的适用界限。宽高比≤2的为厚承台，应采用桁架理论进行分析，否则为薄承台，应采用控制截面法，即梁式模型进行计算。此外，还根据承台底层纵筋对受剪和受冲切的有利作用，修正了控制截面法中的受剪和受冲切承载力计算公式。　　2、提出了适用于桩基承台承载力计算的软化空间桁架模型，模型满足平衡条件、相容性条件和带裂缝工作钢筋混凝土的材料本构关系。在模型的拉杆受力全过程分析中，考虑了在受拉钢筋屈服前混凝土的受拉贡献，研究了受拉混凝土应力与底部受拉钢筋应变之间的关系，修正了桁架拉杆的承载力，给出了拉杆的受拉承载力计算公式。在桁架压杆承载力的计算中，考虑了底部水平钢筋应变对混凝土强度的软化修正，并给出了拉杆、压杆受压承载力和压杆劈裂承载力的计算公式。通过大量试验数据计算比较，结果表明本文方法与试验结果符合较好。　　3、通过12个集群桩基承台试件(10个九桩承台和2个十六桩承台)的静载试验成果，研究了集群桩基大型承台的受力机理和破坏形态，分析了基桩刚度、承台厚度、配筋形式、低配筋率和荷载布置形式等因素对承台的影响，为建立复杂荷载作用下承台的设计理论提供了试验依据。　　4、通过变化承台厚度和基桩刚度，对桩反力和桩荷集度进行分析，提出了桩基承台相对刚度参数、裂缝开展修正系数和上部荷载分布修正系数，从而给出了集群桩基承台刚性的判别标准、合理的板厚和桩反力分配的计算公式。　　5、依据桩基承台的软化空间桁架模型建立了桩基厚承台拉杆最小配筋率的理论模型；混凝土将要开裂时对拉杆受拉承载力的贡献值与混凝土开裂后受拉钢筋承担的拉杆受拉承载力两者相等。研究表明，此理论模型不仅符合桩基承台的受力机理，且计算值与试验结果符合较好。　　6、对新疆伊犁河大桥和苏通长江大桥试点工程按空间桁架模型进行了实测分析，进一步证明了混凝土对拉杆的受拉贡献，并用软化空间桁架模型对工程实测数据进行了全过程分析和对比。　　

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