设计开题报告

1、一、本课题设计（研究）的目的：桩基础是桥梁工程中最常用的基础型式。随着公路等级的提高，大跨径与新颖结构桥梁越来越多，对桩承载力要求越来越高。因此，正确地分析大直径钻孔灌注桩承载能力的影响 ，合理提高桩基的承载能力就显得非常重要。可以通过研究桥梁大直径钻孔灌注桩基础承载力影响 ，计算大直径钻孔灌注桩的竖向极限承载力，分析大直径钻孔灌注桩施工过程中的桩底沉渣、桩 皮等多种 对桩基础极限承载力的影响，从而提出施工控制措施，有效提高桩基础的承载力。二、 设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：钻孔灌注桩的发展与特点桩基是工程建设中最重要的基础形式，桩基工程造价通常占土建工程总造价的 1/4 以上，随着

2、建筑物和大型构筑物的大量应用, 对桩承载与抵抗变形的能力要求越来越高，这就要求桩的直径相应增大，大直径钻孔灌注桩的采用频率越来越广泛。伴随大型机械钻机问世，桥基钻孔直径也有逐渐加大的趋势，大直径钻孔灌注桩的直径 d 一般超过 760mm，深度也从几十米到上百米。我国应用大直径灌注桩始于 20 世纪 60 年代初，当时先在、等地作为桥梁和港工建筑基础，至 20 世纪 70 年代中期后才陆续在广州、 、厦门等大城市应用与和重型建筑物；至 20 世纪 80 年代末 90 年代初，随着开放步伐加快，大直径灌注桩迅猛发展，仅数已已广泛应用于包括软土、黄土膨胀土等特殊土在内的各类地基。大直径灌注桩属于非挤

3、土或少量挤土桩，施工时基本无噪音、无、无地面隆起或侧移，也无浓烟排放，因而对邻近人们的生产和生活活动影响小，对周围建筑物、路面或设施等危害小；大直径灌注桩直径大，入土深，现在机具和人工挖掘都能进入各类地基，且能把桩嵌入于各类新鲜基岩，这均为打、振、压入式桩所不及；大直径灌注桩可采取扩大底部的形式，更好地发挥桩端土的作用；大直径灌注桩出能承受较大的竖向荷载外，由于桩身刚度大，还能承受较大的横向荷载，增强建筑物抗震能力。本课题的研究内容及意义桩虽然是最简单的杆件，但由于周围岩土介质的复杂性和不确定性，使桩基础变得很复杂。目前，如何正确地评价与计算大直径钻孔灌注桩的沉降变形显得非常重要。本文利用 A

4、nsys 有限元，建立合理的桩同工作的有限元模型，考虑大直径钻孔灌注桩施工过程中的桩底沉渣、桩皮等多种情况,模拟计算大直径钻孔灌注桩单桩竖向沉降变形，并与静载试验进行比较，分析得出大直径灌注桩在竖向荷载作用下的工作性状；适当改变沉渣厚度、泥皮厚度，根据求解结果判断沉渣、泥皮对单桩沉降的影响；固定沉渣厚度或泥皮厚度，适当改变桩长，根据求解结果判断，沉渣或泥皮厚度对不同桩长桩的沉降影响。本课题的研究意义在于，用 Ansys建立的桩土模型，其计算结果可为大直径钻孔灌注桩的设计与施工提供参考；在已有正确土体及混凝土参数的情况下，可模拟静载试验，节约投资成本，加快工程进度；在已有静载试验数据的情况下，模

5、拟试验桩加大其极限承载力数值，分析灌注桩的承载潜力问题等。3. 本课题的研究现状就土木工程来说，Ansys大量应用于建筑物上部结构的分析，而对于下部基础分析不多。目前 Ansys 对于桩基研究分析的实例中，大多选用 solid 单元，采用模型，在桩-土分界面采用接触单元，考虑桩土的相对滑移，但是灌注桩并非理想的圆柱体或长方体模型，桩周混凝土有部分渗入土体中，凝固后与土体互相咬合，并没有滑移，选用接触单元会有一定的误差；部分圆桩选用 plane 单元，采用轴对称模型，在桩-土分界面采用共节点，不考虑相对滑移，若桩长较长，只有桩顶附近有相对滑移，也 到相对较准确的结果。本文结合某工程静载试验桩，桩

6、长 12m，桩径 0.8m，故选用 plane42 单元，采用轴对称模型，并综合考虑多层土及沉渣和泥皮的影响，建立有限元模型进行求解。三、 设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究）：研究重点：针对大直径钻孔灌注桩承载性能和竖向沉降变形问题进行文献综述建立合理的桩同工作的有限元模型模拟计算大直径钻孔灌注桩单桩竖向沉降变形，并与静载试验进行比较确定大直径钻孔灌注桩承载性能和竖向沉降变形影响的分析设计难点：考虑大直径钻孔灌注桩施工过程中的桩底沉渣等多种情况,模拟计算大直径钻孔灌注桩单桩竖向沉降变形拟采用的途径：本课题编制程序或应用大型有限元结构Ansys，利用轴对称单元，建立合理的桩同工作的有

7、限元模型，考虑大直径钻孔灌注桩施工过程中的桩底沉渣等多种情况,模拟计算大直径钻孔灌注桩单桩竖向沉降变形，并与静载试验进行比较，得出正确结论。四、 设计（研究）进度计划：第一周至第四周查阅文献资料，外文文献翻译，写开题。第五周至第九周理论公式推导第十周至第十二周算例分析及结论第十三周至第十五周撰写第十六周整理资料,装订第十七周毕业答辩五、 参考文献：.有限单元法及程序设计M.:，1999. ANSYS 在钢筋混凝土梁有限元中的应用J.南通工学院学报，2002.编著. 桥梁桩基计算与检测M.：人民交通，2000.等. 桩基工程M.：中国地质大学，2000.5.何，.大直径扩底桩承载力及沉降变形的计

8、算.建筑结构学报.Vol. 14.No.2 1993.4.章等. 地础实用设计施工手册M.：中国建筑工业， 1999.，上官兴. 中国钻孔灌注桩新发展M.：人民交通，1999.主编. 高等桥梁结构理论M.：人民交通，2001.陈火红.Marc 有限元实例分析M.:机械工业，2002.龚曙光，谢.ANSYS 操作命令与参数化编程M.：机械工业版,2004.Joseph E.Flaherty. Finite Elementysis,Renaolytechnic InstituteM,Troy,New York,2000.T. Belytschko. Finite Elements for Nonlinear Continua and StructuresM. Chicago:Northwestern University,1996.F.Fleming.Nonliner Sicysis of Cable-stayed Bridge StructureJputer & Structures,Vol.10.1979.SCORDELIS,A.C.Past.Present and Future Development,Finite Element ysis of Reinforced Concrete StructureM,ASCE,1986.