论文题目：CFG桩复合地基在塔机整体式基础下的应用研究
摘要：塔式起重机是当今施工现场上使用最广泛的起吊机械之一。塔式起重机的安全稳定性受地质条件影响较大,通常在软弱地质条件下,塔式起重机的基础类型常采用桩-承台基础。但是桩-承台基础设计未能有效发挥桩土间相互作用,进而导致工程成本的提高。然而,塔机整体式基础不仅建造成本低,还具有构造形式简单、占地面积小、施工难度低且进度快等特点。但是,该基础直接应用于软弱地质上,既不能体现其优点,也不经济。CFG桩复合地基是当前工程实践中应用较为普遍的地基处理技术之一。它不但具有施工效率高、进度快,施工质量可控的优点,而且施工成本也相对较低。为了实现塔机整体式基础在软弱地基上应用的同时又能有效地降低工程成本、方便施工和保证施工质量,综合考虑上述塔机整体式基础和CFG桩复合地基的特点,将塔机整体式基础与CFG桩复合地基技术相结合,充分发挥两者的优点。同时,在一定程度上弥补塔机桩-承台基础的不足,也拓宽了CFG桩复合地基的使用范围。本文首先采用CFG桩复合地基设计理论计算方法对塔机整体式基础下的CFG桩复合地基进行设计,并通过多组方案比较确定最合理的设计方案;然后,根据设计方案确定的尺寸参数建立符合工程实际的基础-桩-土模型;最后,再使用ABAQUS对该模型进行有限元模拟分析,验证方案设计的合确性以及分析桩长、桩径和褥垫层厚度对复合地基应力分布和位移变化的影响。其主要研究内容及结论如下:（1）通过总结已有的CFG桩复合地基理论研究成果,对塔机整体式基础下应用CFG桩复合地基的加固作用机理及其承载力与沉降的计算方法进行阐述和分析;（2）以现有的实际工程地质条件为依托,采用CFG桩复合地基承载力和沉降的计算方法对塔式起重机基础下的复合地基进行方案设计,并通过多组方案比较确定更优的设计方案;（3）根据塔机整体式基础下的CFG桩复合地基设计方案确定的尺寸参数建立基础-桩-土模型,利用ABAQUS分析塔机基础在水平荷载、竖向荷载、倾覆弯矩与水平扭矩共同作用时,其下部CFG桩复合地基的土体和桩体应力分布与位移变化,以及不同桩长、桩径和褥垫层厚度对复合地基应力分布和沉降变形的影响;（4）通过将有限元分析的模拟值与塔式起重机基础下CFG桩复合地基方案设计的理论计算值进行比较分析并得出结论如下:1)CFG桩复合地基设计理论不仅可用于高层建筑等领域的CFG桩复合地基设计计算,也同样适用于作用面积小且受力复杂的塔式起重机基础下CFG桩复合地基的设计计算;2)CFG桩复合地基在竖向荷载、水平荷载、倾覆弯矩与水平扭矩共同作用下的应力分布和沉降变形与单一竖向荷载作用的变化规律相似,仅因倾覆弯矩的影响在弯矩作用方向上存在应力分布和沉降变形不均匀的差异。3)此外,桩长、桩径和褥垫层厚度虽有助于减小复合地基沉降,但是都受到有效尺寸的限制。对于本文基础-桩-土模型而言,桩长超过8m,桩径超过550mm,褥垫层超过250mm后对复合地基应力分布和沉降变形的影响就不再显著。以上研究内容及结论是对塔机整体式基础在软弱地基上应用方法的补充,同时也是对其他领域在小面积软弱土范围利用CFG桩复合地基处理的推广应用具有一定的借鉴意义。图[39]表[16]参[57]
关键词：塔式起重机;整体式基础;CFG桩复合地基;ABAQUS;有限元模拟分析
学科专业：结构工程
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 塔式起重机基础概述
1.1.1 塔式起重机基础的分类
1.1.2 塔式起重机基础的特点
1.2 复合地基概述
1.2.1 复合地基的概念
1.2.2 复合地基的分类
1.2.3 复合地基在小区域上的应用
1.3 本文研究背景及意义
1.3.1 本文研究背景
1.3.2 本文研究意义
1.4 复合地基技术国内外研究现状
1.4.1 国内研究现状
1.4.2 国外研究现状
1.5 本文主要研究内容和技术路线
1.5.1 本文主要研究内容
1.5.2 本文研究技术路线
1.6 本章小结
第二章 塔机整体式基础下CFG桩复合地基理论分析
2.1 复合地基置换率、荷载分担比和复合模量的概念
2.1.1 复合地基的置换率的概念
2.1.2 复合地基荷载分担比的概念
2.1.3 复合地基复合模量的概念
2.2 塔机基础下CFG桩复合地基加固机理
2.2.1 CFG桩的振动挤密作用
2.2.2 CFG桩的置换作用
2.2.3 褥垫层的作用
2.3 塔机基础下CFG桩复合地基承载力计算分析
2.3.1 桩体复合地基承载力计算模式
2.3.2 CFG桩复合地基承载力计算及方法分析
2.4 塔机基础下CFG桩复合地基沉降计算分析
2.4.1 CFG桩复合地基沉降计算模式
2.4.2 CFG桩复合地基沉降变形计算
2.4.3 CFG桩沉降计算方法的比较分析
2.5 本章小结
第三章 塔机整体式基础下CFG桩复合地基方案设计
3.1 工程概况
3.2 水文地质情况
3.3 CFG桩复合地基设计
3.3.1 CFG桩设计
3.3.2 褥垫层设计
3.3.3 沉降计算
3.3.4 初步方案的确定
3.4 方案优化
3.4.1 提出方案
3.4.2 方案筛选
3.4.3 方案确定
3.5 本章小结
第四章 塔机整体式基础下CFG桩复合地基有限元分析
4.1 ABAQUS软件介绍
4.2 塔机基础下CFG桩复合地基有限元模型建立
4.2.1 模型基本假设
4.2.2 模型描述
4.2.3 材料的本构模型选择
4.2.4 单元选择和相互作用定义
4.2.5 荷载和边界条件的定义
4.3 塔机基础下CFG桩复合地基有限元分析结果
4.3.1 塔机基础下CFG桩复合地基的荷载-位移曲线
4.3.2 塔机基础下CFG桩复合地基应力分布
4.3.3 塔机基础下CFG桩复合地基沉降变形
4.4 各种因素对塔机基础下CFG桩复合地基影响
4.4.1 桩长对CFG桩复合地基的影响
4.4.2 桩径对CFG桩复合地基的影响
4.4.3 褥垫层厚度对CFG桩复合地基的影响
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果