基于堆載—被動樁—上部結(jié)構(gòu)共同作用

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1、⑧申請同濟大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文堆載一被動樁一上部結(jié)構(gòu)共同作用培養(yǎng)單位：一級學(xué)科：二級學(xué)科：研究生：指導(dǎo)教師：土木工程學(xué)院土木工程巖土工程吳文鋒楊敏教授二oo七年三月乏轡j舅摘要本文針對大面積地面堆載條件下的鄰近單樁以及廠房內(nèi)大面積地面堆載作用下的整個結(jié)構(gòu)進行分析，假定樁為簡單的彈性地基梁，樁周土采用離散的彈簧單元，柱子采用梁單元，桁架采用桿單元?；隗w系的變形協(xié)調(diào)及受力平衡，編制了相應(yīng)的有限元計算程序。通過算例分析，對影響體系變形的各種復(fù)雜因素進行了系統(tǒng)的比較分析，討論了地基堆載、樁身剛度、堆載范圍，樁頂約

2、束、表層土體剛度對樁及上部結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力的影響。關(guān)鍵詞：被動樁；有限元法；共同作用；彈性；堆載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第一章緒論1．1問題的提出第1章緒論樁在一般作為橋梁、房屋等建筑的基礎(chǔ)，以把上部結(jié)構(gòu)的垂直荷載傳遞到底層深處以滿足地基的承載力及沉降要求。但在有的工程

5、中要評估已有樁基在側(cè)向土體運動條件下的響應(yīng)特性，如與樁基相鄰的橋墩基礎(chǔ)，打樁，基坑開挖，隧道開挖盾構(gòu)推進，邊坡滑移或山體坍移，都可能引起土層的側(cè)向位移，而且經(jīng)常要設(shè)計抗滑樁以加固不穩(wěn)定不安全的邊坡或阻止有可能坍滑的山體。在很多工程實例當中，如港口碼頭、橋梁基礎(chǔ)、工業(yè)廠房建筑，由于地面超載沒有得到完善地考慮而導(dǎo)致樁身彎矩過大而發(fā)生破壞的工程事故時有發(fā)生。根據(jù)樁基與周圍土體的相互作用，可將樁基分為兩類。第一類樁基直接承受外荷載并主動向土中傳遞應(yīng)力，稱為“主動樁”；第二類樁基并不直接承受外荷載，只是由于樁周土體在

6、自重或外荷載下發(fā)生變形或移動而受到影響，稱為“被動樁”(DeBeer,1977)I”。顯然，在主動樁中樁上的荷載是因，而它相對于土的變形或運動是果：在被動樁中土體運動是因，而它在樁身上引起的荷載是果。可以想象，被動樁問題比主動樁問題要復(fù)雜得多。工程中常見的被動樁主要有如下幾種：(1)在擠土樁施工過程中，由于打樁(或壓樁)引發(fā)的擠土效應(yīng)會使周圍土體產(chǎn)生水平位移，引起鄰近樁身撓曲12J。(2)建于軟土地基中的樁基碼頭，由于港池開挖和堆場的填土而使土體產(chǎn)生顯著的地基沉降和水平位移，從而導(dǎo)致碼頭的偏位甚至損壞131

7、。(3)地面堆載附近的樁基，或路堤旁建筑物的樁基，由于堆載引起地基土側(cè)向移動，可能對樁基施加巨大的水平荷載141151。此外，由于橋頭路基的影響，橋臺樁基及鄰近橋頭橋梁樁基也存在同樣問題16117118l【9l。(4)抗滑樁，人們常利用樁的側(cè)向承載能力來加固邊坡，增加邊坡的穩(wěn)定性，這類樁稱為抗滑樁，屬于典型的被動樁，在全世界中得到廣泛應(yīng)用110lIlll112l。在我國，每年施工的抗滑樁超過上萬根，投資達數(shù)億元【1”。(5)基坑開挖或隧道開挖盾構(gòu)推進條件下相鄰的樁基，此類工程引起的樁的撓曲變形甚至毀壞不容忽

8、視【“】11511161。為減少樁的側(cè)向變形，開挖一般是分段分層進行。倘若一次開挖深度過大，土體產(chǎn)生的水平位移會使樁產(chǎn)生撓曲，形成被動曲樁。由于曲樁承載力比直樹要低，嚴重時會危及建筑物的安全1171。1998年1月10日清晨6時55分，建造十多年的上海寶鋼煉鋼渣處理J虜?shù)谝徽戮w論的屋頂系統(tǒng)在綿綿冬雨中轟然倒塌了。圖1-1為廠房破壞區(qū)域及塌落中心位置示意圖。該廠房屋頂系統(tǒng)的倒塌看似偶然，實際上有其必然性的一面。該廠