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钢板桩连续成墙形成围堰或基坑支护结构后,具有强度高、隔水性能好、可重复使用、施工速度快、经济成本低等特点。近年来,钢板桩被广泛的运用于截水抗渗、基坑支护、桥梁围堰、船坞建设、污水处理、市政工程等项目中。
钢板桩采用组合拼接形式,桩墙主要受弯,相当于异型截面的复合梁。卡口之间靠互相咬合来传递剪力,且该咬合程度随钢板桩的变形而发生变化,这就导致了钢板桩墙的力学特性呈非线性。影响钢板桩墙力学特性的因素包括钢板桩之间的连接方式、受力状态、桩间摩擦力的大小及传递状况等。总体上讲,钢板桩成墙后弯曲强度和抗弯刚度等力学参数并不是单根钢板桩的简单叠加,而是呈非线性折减,这种现象一般被称为“折减效应” (Reduced Modulus Action)。
在以钢板桩作为支护结构的设计中,折减效应导致支护结构的变形、位移等计算无法得到准确的结果,给钢板桩支护结构的设计和广泛使用带来了困难,目前这些方面还没有得到实质性的研究和分析。
围绕论文主题查阅了大量相关论文和研究成果后,本文根据具体的钢板桩深水围堰的设计、施工和现场监测资料,结合国外所做的钢板桩间摩擦研究的模型试验结果,利用Fortran语言编制计算程序对钢板桩间摩擦力的传递及其对位移的影响进行计算和分析。
程序编制过程中,本文采用了比常规平面单元更为简单的杆系单元为计算模型,运用平面几何转换巧妙的将两条钢板桩之间的摩擦作用情况模拟出来。在桩间接触作用力的处理上,程序采用了“对分法”的原理来拟合桩间摩擦力的作用。通过这种较新的处理方法,很好的模拟了钢板桩间的相互作用且简化了程序的计算模型。
通过程序计算和对结果进行分析,本文得出了钢板桩成墙后抗弯刚度及强度的非线性特性,并给出了设计时钢板桩墙刚度可采用的具体折减系数,为钢板桩支护结构的设计提供了参考。