螺旋樁基礎破壞機理與承載力設計方法

內(nèi)容概要

螺旋樁是一種樁體表面附有螺旋形葉片的樁基，其中發(fā)揮抗拔功能的樁基也稱為螺旋錨。其施工工法有預制擰人式、現(xiàn)澆式，樁的材料可以分為現(xiàn)澆混凝土、鐵管混凝土、鋼結構和玻璃鋼四種形式。這種樁基礎類型一般具有高承載、施工功效高、環(huán)保等特點，已經(jīng)廣泛地應用于輸電工程、水利工程、建筑工程等領域的基礎工程。因荷載施加不同、葉片分布特征的不同、樁周材料屬性的差異導致螺旋樁基礎的承載機理不同。
對于變截面、異形的螺旋樁而言，無論是豎向荷載，還是斜向荷載，樁體的力學性質、樁土系統(tǒng)的力學響應、外荷載的傾角以及荷載耦合作用等因素導致了螺旋樁基礎的荷載傳遞機理和破壞模式更為復雜。當前，螺旋樁基礎的豎向荷載、斜向荷載設計理論缺少系統(tǒng)性，荷載傳遞機理、破壞模式、極限承載力計算、群樁沉降計算等諸多方面尚不能滿足工程應用要求。
作者在總結前人研究成果的基礎上，根據(jù)樁側葉片分布形式，將該種樁基定義為連續(xù)葉片式螺旋樁和分層葉片式螺旋樁，以樁型參數(shù)(葉片距寬比)為主線，研究了螺旋樁基礎的樁土荷載傳遞規(guī)律，提出了豎向、斜向荷載螺旋樁基礎的破壞模式。分別建立了豎向承壓螺旋樁的樁土系統(tǒng)力學模型與荷載位移關系函數(shù)，推導了荷載位移函數(shù)解；提出了豎向荷載、斜向荷載的單樁和群樁極限承載力計算方法；建立了斜向荷載承壓單樁、抗拔單樁以及抗拔群樁的極限荷載設計理論，建議了斜向荷載承壓、抗拔螺旋樁基礎極限荷載計算的判定條件；建立了地基內(nèi)部雙集中力的地基應力影響界限深度和螺旋樁基礎沉降計算方法。在數(shù)值計算方面，建立了螺旋樁基礎強度折減法極限分析理論，提出了極限荷載判定條件，開展了在豎向荷載、斜向荷載作用下，工程群樁基礎的三維有限元彈塑性分析。這些研究成果與工程樁試驗結果擬合較好，對工程樁設計有一定的指導意義。同時，這些方法對于異形樁基礎研究工作也有借鑒作用。

書籍目錄

第1章　緒論
 1．1　樁基礎的發(fā)展歷史與樁基礎分類
 1．1．1　樁基礎的發(fā)展歷史
 1．1．2　樁基礎的分類
 1．2　螺旋樁基礎的發(fā)展與研究現(xiàn)狀
 1．2．1　螺旋樁基礎的發(fā)展現(xiàn)狀
 1．2．2　螺旋樁基礎的理論研究現(xiàn)狀
第2章　豎向承壓螺旋樁破壞機理與極限荷載計算
 2．1　極限荷載作用下豎向承壓螺旋樁破壞模式
 2．2　螺距設計方法
 2．3　螺旋樁基礎豎向承壓極限承載力計算
 2．3．1　ds微分周長的葉片端阻力計算
 2．3．2　計算單級葉片端阻力
 2．3．3　計算單樁極限承載力
 2．3．4　施工扭矩判斷承載力
 2．3．5　螺旋群樁的極限承載力計算
第3章　豎向承壓螺旋樁基礎荷載位移函數(shù)解
 3．1 連續(xù)葉片式螺旋樁的荷載位移函數(shù)解
 3．1．1 連續(xù)葉片式螺旋樁的樁土體系的力學模型
 3．1．2　連續(xù)葉片式螺旋樁軸向變形微分方程
 3．1．3　連續(xù)葉片式螺旋樁基礎的荷載位移解
　……
第4章　豎向抗拔螺旋樁破壞機理與極限荷載計算
第5章　螺旋群樁基礎的沉降計算
第6章　水平荷載螺旋樁破壞機理與極限荷載計算
第7章　斜向荷載承壓螺旋樁極限荷載計算
第8章　斜向荷載抗拔螺旋樁極限荷載計算
第9章　螺旋樁基礎的工程應用與分析
第10章　螺旋群樁彈塑性三維有限元極限分析

章節(jié)摘錄

　　1.2.2.4 斜向荷載研究工作的必要性　　首先，樁基礎在承載過程中不僅有由上部結構傳遞而來的豎向荷載，在某些條件下也同時傳遞上部結構或其他外部作用的水平荷載，比如，橋梁的樁基一方面要承擔上部結構和車輛的豎向荷載，同時也要承擔上部結構的水平荷載、車輛的制動力；高壓輸電線路在受到切向風作用（尤其是覆冰條件）或地震作用時，其基礎將受到作用于承臺幾何形心的斜向拉力和斜向壓力。這種基礎表面幾何形心的斜向力不同于偏心荷載，具有動態(tài)平衡特征?！　∑浯危瑢π毕蜢o荷載下的承載性狀研究較少，且集中在等截面直型樁方面，研究方法是將斜向荷載轉化成等效的水平荷載、豎直荷載分別作用于基樁進行理論研究與試驗分析，這種研究方法不符合巖土材料大變形性質以及水平與豎直分量荷載耦合作用特征。　　第三，由于自然災害頻發(fā)導致土木工程結構的被動響應，使得原有靜荷載條件下或已經(jīng)地震設防的結構出現(xiàn)新的影響因素，產(chǎn)生斜向荷載作用，導致構件、結構的強度與穩(wěn)定性遭到破壞?！　∫虼?，必然要求對受到斜向荷載作用的基礎力學響應特性進行研究，提出相應的基礎破壞模式、設計理論以及科學的安全評價標準?！　?.2.2.5 斜向荷載理論研究現(xiàn)狀　　在水平荷載作用下，傳統(tǒng)直型樁的理論研究方面，早在20世紀70年代，橫山幸滿給出了地基系數(shù)為常數(shù)時基樁在傾斜荷載作用下的解答，并指出，對承受軸向、橫向荷載同時作用下的樁，嚴格地說應力迭加原理是不適用的?！　》段奶镌谄浣獯鸬幕A上，對承受傾斜荷載的基樁進行了理論分析，并指出軸向壓力對樁身橫向位移、轉角、彎矩及剪力的影響比較顯著而不容忽視，并與樁身軸向力所產(chǎn)生的壓應變、樁身材料和土的彈性性質以及樁身的形狀和幾何尺寸等有關。 　　……

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