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随着国家基础建设的大力发展,跨海大桥等大型工程也得到迅速发展,大跨径的桥梁对基础结构的要求也更高,各类大直径桩基础在一座座大桥的建设工程中发挥了重要作用。海洋环境下施工条件较为恶劣,地质条件较为复杂以及桩基施工较为困难,桥梁建设向大跨度发展的同时桩型也在优化。钢管复合桩就是从工程建设中慢慢发展而来的,众多工程的广泛应用证明了其工程价值,然而相关研究却滞后于工程,故本文以超长大直径变截面钢管复合桩为研究对象,通过现场试验、数值模拟及理论研究等手段进行承载性能研究,具体内容如下:(1)依托鱼山大桥工程开展了现场试验。对大直径变截面钢管复合桩(45#桩)利用墩身及箱梁自重为荷载,并布置分布式光纤进行监测,成功开发了光纤安装工艺和监测方法,得到了其桩身轴力分布规律;对大直径变截面钢管复合桩(37#桩)开展了自平衡试验,得到了其荷载与桩身位移的关系曲线,并根据规范得到其转换为传统静载荷试验的单桩竖向极限承载力值。(2)利用数值软件ABAQUS建立三维模型,与自平衡试验结果对比验证其正确性,并研究了竖向荷载下桩基的承载性能,结果表明:变截面以上桩身轴力减小较缓,变截面处桩身轴力先增大后减小,变截面以下桩身轴力减小较快,到桩端轴力仍没减小到零,桩端阻力对桩整体承载力有贡献;钢管竖向应力曲线呈“鱼肚型”,Mises应力在钢管底最大。(3)利用数值软件ABAQUS建立三维模型,与光纤监测试验结果对比验证其正确性,并研究了桩基在压弯剪扭荷载下的承载性能,结果表明:桩身位移和应力满足设计要求和材料强度指标,钢管、钢环和混凝土能够发挥协同作用,使桩身受力更加合理;桩身变截面位置1:1时在相同荷载作用下其桩身位移最小;钢管壁厚越大位移越小;剪力环间距越小,在相同荷载下桩基的水平位移越小。(4)使用现行规范对依托工程桩基进行竖向承载力计算,与实测结果对比发现计算值偏差过大,分析了桩基荷载传递机理,选取桩基极限受力状态,利用桩土位移协调关系推导了超长大直径变截面钢管复合桩竖向极限承载力公式,公式计算结果与实测值相差较小,验证了其较为合理。