论文部分内容阅读
PHC管桩具有施工质量易控制、施工速度快、工后沉降及不均匀沉降小、单桩承载力高、单位承载力造价便宜等优点。工程上其多应用于工业与民用建筑中，在高速公路桥梁公程中尚朱得到推广应用。对PHc管桩水平承载力的合理计算方法，水平荷载作用下PHC管桩的承载特性和群桩效应等问题，国内外缺乏系统的理论分析。因此，对其进行深入研究是十分必要的。
本文在PHC管桩现场和室内试验的基础上，通过理论分析和数值模拟，从施工扰动效应、PHC管桩单桩水平承载力计算方法、PHC管桩水平荷载作用下承载特性和PHC管桩水平荷载作用下群桩效应等几个方面进行分析研究。在此基础上，研究了高速公路桥梁工程PHC管桩基础的设计原理。主要研究内容与成果总结如下：
(1)进行了高速公路桥梁工程PHC管桩基础的竖向、侧向静载荷试验和高应变动力试验；提出了考虑土塞效应的PHC管桩竖向承载力修正公式：并对高应变动力试验结果和静载荷试验结果进行了比较和分析。
(2)通过现场测试，研究了PHC管桩打桩过程对桩周土的扰动随深度、时间、径向距变化的规律：利用小孔扩张理论对PHC管桩挤土效应与其内外径比关系进行了分析；利用静载试验和最终压桩力的关系，得到该试验场地PHC管桩桩基承载力的拟合曲线。
(3)提出了PHC管桩单桩水平承载力的p-y曲线与有限层耦合计算方法，并阐明本方法分析水平荷载作用下PHC管桩单桩承载力的合理性；基于试验，提出了PHC管桩水平极限承载力预测方法；通过不同计算方法所得出的极限荷载值的比较，证实了p-y曲线与有限层法相耦合计算方法能较准确的模拟水平荷载作用下PHC桩的工作特性。
(4)通过对PHC管桩在水平荷载作用下的水平位移、桩身弯矩、桩侧土抗力、p-y曲线等变形特性进行计算，研究了PHC管桩水平荷载作用下的承载特性；分析了各主要因素对PHC管桩水平承载特性的影响；通过对不同桩型水平荷载作用下承载特性的比较，论证了PHC管桩的优越性。在相同受力条件下，PHC管桩与具有相同等效截面积的实心圆桩和实心方桩相比，桩顶处的最大水平位移和桩身上部主要受力部分的水平位移都比较小。其原因是PHC管桩采用薄壳结构，增大了桩的直径，具有较好的抵抗水平变形的能力。
(5)采用“前折减后叠加”的群桩分析模型，并考虑桩顶嵌同和竖向荷载作用的影响，提出了p-y曲线综合系数法，对PHC管桩水平荷载作用下群桩效应进行了研究；利用三维快速拉格朗日查分法分析模型，将水平承载PHC管桩群桩效应系数进行了理论计算与数值模拟的对比分析；通过对桩间距、土层性质、桩径、桩身刚度、桩身截而形状等多个参数的计算分析，研究了水平承载PHC管桩群桩系数的影响因素；通过不同桩型，在水平受荷下群桩效应的比较，验证了高速公路桥梁工程中采用管桩的合理性。
(6)通过PHC管桩在宁常高速公路桥梁工程中的应用实例，从桩型、桩径、桩长、桩壁厚度、桩身弹性模量、桩数和平面布置方法等几个方面，进行了PHC管桩设计原理研究：通过分析水平静载荷试验、水平动载荷试验和群桩桩基荷载观测结果，验证了PHC管桩在高速公路桥梁工程中应用的适用性。