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图书信息

复杂地质条件下桥梁桩基承载性状研究

中国水利水电出版社
    【作 者】李晋 李君强 纪续 袁凯 王守 【I S B N 】978-7-5170-2823-9 【责任编辑】陈洁 【适用读者群】本专通用 【出版时间】2015-03-01 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】156 【千字数】251 【印 张】9.75 【定 价】35 【丛 书】暂无分类 【备注信息】
图书详情

    本书是编者在总结多年来从事桥梁桩基科研和工程实践的基础上,结合国内外桥梁桩基研究的最新成果,通过现场测试和模型试验研究,利用数值仿真技术,并结合理论推导,对海洋环境、湿陷性黄土地基等复杂环境下桥梁桩基承载特性进行了系统分析、总结。全书共12章,主要内容包括:特殊地质条件下桥梁桩基应用现状、桩—土理论与试验研究进展、湿陷性黄土地基桩基研究进展、浸水黄土地基大型桥梁桩基现场静载试验、沉陷地基桩长确定理论、海上桩基研究与应用现状、跨海桥梁的受力环境、跨海桥梁荷载组合分析、海上钢管桩承载特性数值仿真、海上钢管桩模型试验研究、海上钢管桩现场静载试验、总结与展望等。

    本书可供桩基工程设计与施工人员、土木工程专业师生及科研人员参考使用。

    本书是编者在总结多年来从事桥梁桩基科研和工程实践的基础上,结合国内外桥梁桩基研究的最新成果。通过现场测试和模型试验研究,利用数值仿真技术,并结合理论推导,对海洋环境、湿陷性黄土地基等复杂环境下桥梁桩基承载特性进行了系统的分析和总结。

    我国地域辽阔,从内陆到沿海,由平原到山区,分布着多种多样的土类,由于不同的地理环境、气候条件、地质成因、物质成分和次生变化等原因,不同地质条件下的桥梁桩基承载性状也大相径庭。桩基础与周围岩、土体之间的相互影响十分复杂,当桥梁等构筑物坐落于复杂地质环境下,会使桩基的设计计算与施工技术大大复杂化。随着我国交通基础建设的大发展,当代桥梁建设在东部向海上发展,西部向黄土高原延伸,这些正在建设或者筹划中的桥梁基础建设带动了桩基工程的发展,同时也带来了一系列新的技术难题。

    我国黄土分布广,厚度大,其中湿陷性黄土的分布面积约占60%。对黄土特有的工程特性,特别是湿陷性考虑不足,导致的工程病害屡见不鲜。交通部桥梁桩基方面的规范由于颁布时间过长,很多内容已不适合于指导当前桥梁基础的设计;对于在湿陷性黄土场地的桩基设计,规范给出的只是半经验性的、粗略的定性规定,对于湿陷性黄土地基下桩基的诸多理论问题都还未能给出令人满意的解答,这些问题都严重制约着桥梁桩基的建设和发展。

    超大跨江、跨海大桥将在我国未来的政治、经济和交通枢纽中占有重要地位,仅我国当前已建和要建的跨海桥梁已经近10座,且每座跨海大桥的工程造价都在几十亿甚至上百亿元。然而目前海洋环境下桥梁基础的理论研究很少,海上桥梁桩基设计多套用跨河桥梁基础的经验。在跨海桥梁基础设计中,采用以前的荷载组合设计的传统结构形式是否合理?规范规定的计算方法是否还适合?海洋环境下桩基的受力特性如何等一系列问题都还没有很好的研究和解决。

    复杂地质环境包罗众多,本书仅是围绕以上两个专题研究成果的总结,特别是海洋环境下桥梁基础的研究还处于起步阶段,理论研究严重滞后于工程实践,至今尚无较为完整与系统的设计理论。因此,无论从科研还是从工程应用的角度,本专著的出版都是必要的,以期能抛砖引玉,推动该问题的研究。

    本书研究内容,分别得到了国家自然科学基金项目:“湿陷性黄土地基桥梁群桩负摩阻力效应及有效承载力研究(51108255)”、山东省交通运输厅科技项目:“复杂应力条件下高墩桥梁基础受力特性及结构优化研究(2010Y25-1)”和“青岛跨海大桥施工临时钢管桩基础承载力研究(2010Y10-2)”等的系列资助。

    在课题研究期间,长安大学谢永利教授在百忙之中多次给予指导和鼓励,在此表示感谢。在现场试验和模型试验中,得到了山东路桥集团有限公司胶州湾大桥工程项目部,济南金曰公路工程有限公司的大力支持,研究生张起、陈杰、韩涛等参与了资料整理、模型试验和数值仿真工作,在此一并表示感谢。

    由于时间和作者水平有限,书中难免有错误和不当之处,敬请广大读者批评、指正。

    前言

    第1章 特殊地质条件下桥梁桩基应用现状 1
    1.1 桩基础发展历程 1
    1.2 桥梁桩基应用现状 2
    1.3 发展与挑战 7
    1.3.1 桥梁桩基发展趋势 7
    1.3.2 桥梁桩基面临的挑战 9
    第2章 桩—土理论与试验研究进展 10
    2.1 理论研究进展 10
    2.2 试验研究进展 15
    2.3 数值仿真二次开发技术 18
    2.3.1 基本功能 19
    2.3.2 MARC用户子程序研发 19
    2.3.3 自定义单元类型子程序
    SUBROUTINE USELEM 19
    2.3.4 土体初始应力子程序
    SUBROUTINE UINSTR 20
    2.3.5 接触面单元 20
    第3章 湿陷性黄土地基桩基研究进展 27
    3.1 黄土的工程特性 27
    3.2 研究意义 27
    3.3 国内外研究进展 28
    第4章 浸水黄土地基大型桥梁桩基现场
    静载试验 31
    4.1 工程概况 31
    4.1.1 工程简介 31
    4.1.2 地质概况 31
    4.1.3 试验概况 31
    4.1.4 试验研究目的 31
    4.1.5 试验研究内容 32
    4.1.6 试验研究思路 32
    4.2 现场试验方案 32
    4.2.1 试桩设计 32
    4.2.2 测试元件布设 32
    4.2.3 锚桩设计 35
    4.3 加载系统设计 35
    4.3.1 反力梁设计 35
    4.3.2 反力梁的加工 36
    4.3.3 加载系统安装 36
    4.4 试验加载与测试 38
    4.4.1 测试内容 38
    4.4.2 加、卸载方法 38
    4.5 浸水试验设计 38
    4.5.1 浸水范围 38
    4.5.2 注水孔设计参数 39
    4.5.3 测点布设 39
    4.5.4 测试设计 40
    4.5.5 浸水试验保温措施 40
    4.6 试验成果分析 41
    4.6.1 试验成果 41
    4.6.2 桩浸水后的承载特性 51
    4.6.3 桩的承载力性状 51
    4.6.4 桩身轴力及桩端阻力发挥性状 52
    4.6.5 桩的侧阻力发挥性状 53
    4.7 主要结论 54
    第5章 沉陷地基桩长确定理论 56
    5.1 可靠性论证 56
    5.1.1 模型验证 56
    5.1.2 分析方法 57
    5.2 仿真计算 58
    5.2.1 选取计算参数 58
    5.2.2 合理桩长计算 58
    5.3 成果分析 64
    5.3.1 湿陷系数 对中性点的影响 64
    5.3.2 湿陷系数对P1/P0的影响 65
    5.3.3 桩径对P1/P0的影响 65
    5.3.4 桩长对P1/P0的影响 66
    5.3.5 △L与h0的关系及影响因素 67
    5.4 理论计算分析 68
    5.4.1 力学模型的建立 68
    5.4.2 计算公式的推导 68
    5.4.3 分析 72
    5.5 工程应用 75
    5.5.1 工程概况 75
    5.5.2 对比分析 75
    5.6 主要结论 76
    第6章 海上桩基研究与应用现状 77
    6.1 问题的提出 77
    6.2 国内外研究现状 77
    6.2.1 竖向荷载 78
    6.2.2 水平荷载 78
    6.3 工程应用现状 82
    第7章 跨海桥梁的受力环境 85
    7.1 中国海洋概况 85
    7.2 中国近海地质地形 85
    7.2.1 中国近海的地形 85
    7.2.2 中国近海沉积物分布特点 86
    7.3 风 87
    7.4 潮汐 89
    7.4.1 我国沿海潮差 89
    7.4.2 我国近海潮流 89
    7.4.3 大洋环流 90
    7.5 波浪 90
    7.5.1 波浪参数 90
    7.5.2 我国近海波高 91
    7.5.3 海啸 91
    7.6 海冰 92
    第8章 跨海桥梁荷载组合分析 93
    8.1 汽车制动力 93
    8.2 波浪荷载 93
    8.2.1 规范计算方法 93
    8.2.2 改进方法 94
    8.3 风荷载 95
    8.3.1 横向风荷载 95
    8.3.2 顺桥向风荷载 98
    8.4 冰荷载 99
    8.4.1 国内冰荷载计算方法 99
    8.4.2 国外冰荷载计算方法 100
    8.5 主要结论 101
    第9章 海上钢管桩承载特性数值仿真 102
    9.1 数值仿真软件 102
    9.2 土体本构模型 102
    9.2.1 屈服面 103
    9.2.2 塑性势面 103
    9.3 ABAQUS钢管桩三维数值仿真计算 104
    9.3.1 数值仿真模型的确定 104
    9.3.2 模型参数 104
    9.3.3 模型建立 105
    9.3.4 地应力平衡 107
    9.4 ABAQUS模型仿真结果分析 108
    9.4.1 钢管桩群桩基础竖向位移分析 108
    9.4.2 钢管桩群桩基础水平承载
    特性分析 110
    9.4.3 钢管桩群桩基础剪刀撑和横梁
    应力分析 114
    9.4.4 深水区钢管桩基础水平承载
    特性分析 117
    9.5 主要结论 121
    第10章 海上钢管桩模型试验研究 122
    10.1 试验目的 122
    10.2 相似判据的确定 122
    10.2.1 相似判据的推导 123
    10.2.2 模型设计 125
    10.2.3 试验方案 125
    10.2.4 变形监测方案 127
    10.3 两种监测方法结果分析 129
    10.3.1 三维激光扫描测量结果分析 129
    10.3.2 千分表测量结果分析 132
    10.3.3 两种方法监测数据比较 133
    10.4 水平往复荷载试验结果分析 134
    10.5 主要结论 136
    第11章 海上钢管桩现场静载试验 137
    11.1 试验背景 137
    11.2 第一次试桩 137
    11.2.1 试验设计 137
    11.2.2 试验准备 137
    11.2.3 根据地质图计算第一次试桩的
    极限荷载 138
    11.2.4 第一次试桩试验结果 139
    11.2.5 第一次试桩单桩承载力理论
    计算 140
    11.3 第二次试桩 140
    11.3.1 试验目的及内容 140
    11.3.2 试验设计 140
    11.3.3 根据地质图计算第二次试桩的
    极限荷载 141
    11.3.4 第二次试桩试验结果 142
    11.3.5 第二次试桩单桩承载力理论计算 142
    11.4 主要结论 143
    第12章 总结与展望 144
    12.1 本书主要成果 144
    12.2 今后工作的展望 145
    参考文献 146





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