基于桩土能量平衡的基桩竖向承载力设计理论研究

针对基桩竖向荷载作用下的能量平衡问题，提出了基桩工作性状的能量法解答，给出了程序算法，并利用室内模型试验及工程实例对该解答进行了验证。首先，基于基桩工作的荷载传递机理及桩土之间能量传递方式，提出了考虑卸载的桩土荷载传递多折线模型，并给出描述桩土之间能量平衡的能量法差分方程。在此基础上编制了基桩工作性状计算程序，就程序收敛条件及收敛策略做了详细的分析和探讨，并通过结合工程实例的计算对各桩土模型及程序算法进行了验证。除此以外，深入分析了考虑桩周土沉降，基桩桩身产生负摩阻力时，基桩的工作性状等。最后，进行了室内模型试验，得到、整理了相关试验数据，并利用已开发程序对模型试验进行了分析计算，结果与试验数据相符合，证明了能量法基桩承载力设计计算理论的合理性与可靠性。 2100433B

超长大直径桩因竖向承载力高而广泛应用于桥梁工程，其承载性状与地基土的状态密不可分。从能量角度来说，基桩从受荷到稳定的过程，即桩顶荷载做功将能量传递至桩身，再由桩身传递至桩周及桩端土层直至能量平衡的过程。因此，超长大直径桩的竖向承载力设计宜考虑桩-土体系的能量传递方式。由于目前国内外学者还较少关注桩-土体系的能量传递问题，为此，本研究拟从超长大直径桩室内模型试验入手，探讨桩土体系中土体的能量传递边界及位移模式，结合数值方法建立能量扩散边界及位移模式的样本参数数据库。在此基础上，深入研究体系内部各单元的变形能、势能、摩擦功相互之间的转换规律及土体位移模式对该转换规律的影响，以期通过确定各级荷载下桩-土体系内部最终能量状态来反映基桩受力、沉降、桩侧阻强化效应、深度效应等超长大直径桩特有的承载特征。此外，拟结合模型试验及现场试验资料深入探讨相关计算参数的确定方法，完善超长大直径桩设计计算理论。

超长大直径桩因竖向承载力高而广泛应用于桥梁工程，但其发挥极限承载力所需的桩顶沉降量较大，且荷载沉降曲线通常为缓变型。因此，其竖向承载力宜按桩顶沉降量控制。该类桩入土深度大且桩周地质条件复杂，荷载传递机理与普通基桩差异较大，加之极限承载力极高，通常难以进行破坏性试验研究，而目前的规范设计方法采用侧阻端阻简单叠加，无法考虑荷载传递过程以及侧阻端阻的深度和尺寸效应等，故远远落后于施工技术的发展。为此，本研究拟从超长大直径桩室内模型试验入手，探讨其受力特性，并结合已有研究深入分析其承载破坏全过程的荷载传递机理、破坏模式及荷载沉降曲线特征等，从而建立出考虑大变形承载机理的数学模型，并引入摄动法中的尺度理论将其归一化，求解荷载沉降关系的高阶渐近解，从而提出按桩顶沉降确定承载力的新方法。此外，拟针对超长大直径桩的特点，结合现场足尺试验试验深入探讨相关计算参数的确定方法，为超长大直径桩设计计算提供参考。 2100433B

《基于能量平衡的建筑结构抗震设计》的简明版，避免了深奥的理论，通俗易懂，能量平衡原理能够全面揭示建筑结构抗震的机理，反映建筑结构抗震的本质。基于能量平衡的建筑结构抗震设计是理论上非常完备的设计方法。日本东京大学著名教授秋山宏40多年来对基于能量平衡的抗震设计进行深人系统的研究，建立了完整的计算理论和设计方法，在国际上具有重要影响。目前日本已将基于能量平衡的抗震设计方法作为与基于承载力和基于延性抗震设计方法并用的方法，并体现在日本《建筑基准法》中。

《基于能量平衡的建筑结构抗震设计》适用于适合于从事建筑结构抗震设计方法的研究人员和工程抗震设计人员学习和参考。《基于能量平衡的建筑结构抗震设计》是秋山宏教授的专著。