ZYB液压静力压桩机夹桩钳口研究
|
摘要
随着高层建筑对桩基础提出的更高要求，新的桩型和施工方法应运而生，因而对新一代桩基础施工设备的研制也提出了迫切的要求。我国己将专用桩工机械设备列为“十五”期间的重点发展项目。
随着PHC管桩的广泛应用，要求对桩机的夹桩钳口尺寸进行更精确的计算，这一问题的解决将为钳口与PHC桩的适配提供理论依据。
论文结合中南大学液压所研制的ZYB系列液压静力沉桩机的工作原理和实际压桩情况，从桩身宏观受力和钳口使用性能出发，独立设计了一套新型调心钳口结构。并注意到了由于桩身受力的不均匀性，夹桩钳口与桩身的实际接触状态与理想状态之间的差异性，对夹桩钳口的尺寸提出了一套更精确的算法。
论文着重考虑了夹桩力在桩身纵截面内产生的弯曲应力，注意到了钳口与桩身的实际接触弧长与钳口长度的密切关系，并分析了在夹桩力和压桩力作用下，钳口长度的变化对桩身应力分布的影响，从而将钳口长度确定为钳口设计中的关键尺寸。在进行钳口长度计算时，综合运用弹性力学，接触力学和材料力学的知识对PHC桩在施工时应力分布规律与钳口长度之间的关系进行了理论分析与计算；采用单元应力法对桩身的应力状况进行了分析，对三向主应力进行了计算；在综合研究了混凝土构件多轴强度的基础上，确定了相对桩身微观强度的钳口长度计算准则；并运用运算功能强大的MATLAB软件设计了一套适应不同终止压力和桩径的钳口尺寸的算法。
本文旨在为夹桩钳口的尺寸设计提供可靠的理论依据，避免由经验估算带来的不确切性，保证管桩的顺利施工和桩基工程的质量。
As high buildings' popularizing, pile foundation's construction must be improved. The promotion of construction asks for new pile equipments as well as for types and methods of pile. China has already set special pile machinery equipments as one of the key items during "ten-fives" period.
Pretensioned spun high siieuglh coucrcic pile, a new generation of pile, has been used widely now. However, there are still many problems such as the dimension of the clamp system is not precision enough. There needs a new method to calculate the dimensions of pile for the stress in the pile is not well-distributed. The solution of the problem will supply the theory foundation for using PHC pile.
After combining the working principle of the ZYB series hydraulic static pile-driver with the practical situation at the working site and studying the macroscopic force of the pile and microscopic strength of concrete, the author has designed a new set of clamps - adjusting clamps independently.
This thesis has emphasized that the effective contact area between the pile and the clamp is not as the design dimension but restricted by the length of the clamp and the press force of the pile-driver. Also the stress' distributing and size in the pile is related with the length of clamps. So, the length of clamps is set as the key dimension in the thesis. After analyzing both the distribution of stress and strength of the pile, with the knowledge of elastic mechanics, contact mechanics and material mechanics, the thesis has offered a new sei of algorithm to calculate the length of the clamps. "MATLAB software is used to search the appropriate length of the clamp for the complicated calculation.
随着PHC管桩的广泛应用，要求对桩机的夹桩钳口尺寸进行更精确的计算，这一问题的解决将为钳口与PHC桩的适配提供理论依据。
论文结合中南大学液压所研制的ZYB系列液压静力沉桩机的工作原理和实际压桩情况，从桩身宏观受力和钳口使用性能出发，独立设计了一套新型调心钳口结构。并注意到了由于桩身受力的不均匀性，夹桩钳口与桩身的实际接触状态与理想状态之间的差异性，对夹桩钳口的尺寸提出了一套更精确的算法。
论文着重考虑了夹桩力在桩身纵截面内产生的弯曲应力，注意到了钳口与桩身的实际接触弧长与钳口长度的密切关系，并分析了在夹桩力和压桩力作用下，钳口长度的变化对桩身应力分布的影响，从而将钳口长度确定为钳口设计中的关键尺寸。在进行钳口长度计算时，综合运用弹性力学，接触力学和材料力学的知识对PHC桩在施工时应力分布规律与钳口长度之间的关系进行了理论分析与计算；采用单元应力法对桩身的应力状况进行了分析，对三向主应力进行了计算；在综合研究了混凝土构件多轴强度的基础上，确定了相对桩身微观强度的钳口长度计算准则；并运用运算功能强大的MATLAB软件设计了一套适应不同终止压力和桩径的钳口尺寸的算法。
本文旨在为夹桩钳口的尺寸设计提供可靠的理论依据，避免由经验估算带来的不确切性，保证管桩的顺利施工和桩基工程的质量。
As high buildings' popularizing, pile foundation's construction must be improved. The promotion of construction asks for new pile equipments as well as for types and methods of pile. China has already set special pile machinery equipments as one of the key items during "ten-fives" period.
Pretensioned spun high siieuglh coucrcic pile, a new generation of pile, has been used widely now. However, there are still many problems such as the dimension of the clamp system is not precision enough. There needs a new method to calculate the dimensions of pile for the stress in the pile is not well-distributed. The solution of the problem will supply the theory foundation for using PHC pile.
After combining the working principle of the ZYB series hydraulic static pile-driver with the practical situation at the working site and studying the macroscopic force of the pile and microscopic strength of concrete, the author has designed a new set of clamps - adjusting clamps independently.
This thesis has emphasized that the effective contact area between the pile and the clamp is not as the design dimension but restricted by the length of the clamp and the press force of the pile-driver. Also the stress' distributing and size in the pile is related with the length of clamps. So, the length of clamps is set as the key dimension in the thesis. After analyzing both the distribution of stress and strength of the pile, with the knowledge of elastic mechanics, contact mechanics and material mechanics, the thesis has offered a new sei of algorithm to calculate the length of the clamps. "MATLAB software is used to search the appropriate length of the clamp for the complicated calculation.
引文
[1]杨家丽．建筑工程地基处理技术[M]．北京：中国科学技术出版社，1997．
[2]蔡长赓．预应力管桩在高层建筑中的应用[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：187～191．
[3]《桩基工程手册》编写委员会．桩基工程手册．北京：中国建筑工业出版社，1995．9．
[4]刘金砺．桩基工程技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，1987．
[5]孔清华．桩基础的设计方法与施工技术[M]．北京：中国建材工业出版社，1997．
[6]桂凇莉．桩型选用与施工[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：164～166．
[7]刘古岷，王渝，胡国庆等．桩工机械[M]．北京：机械工业出版社，2001．4：67～77．
[8]五岛太郎．基础施工技术和设备[J]．黄志明，译．建筑机械，2001(9)：54～58．
[9]施岚青，国振喜，孙培生．简明混凝土结构设计手册[M]．北京：冶金工业出版社，1999．
[10]中山建华管桩有限公司．建华管桩技术资料．中山：1999
[11]成大先等．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1992．
[12]G.M.L.Gladvell．经典弹性理论中的接触问题[M]．范天佑，译．北京：北京理工大学出版社，1991．
[13]K.L. Johnson.Contact mechanics[M]．徐秉业，罗学富，刘信声等，译．北京；高等教育出版社，1992．
[14]徐激抒，徐文忠．天津某高层建筑桩基础竖向静载试验结果分析[J]高层建筑桩基工程技术，1998(8)：79～83．
[15]车宏亚．混凝土结构原理[M]．天津：天津大学出版社，1989．
[16]管根荣等．工程机械的绿色设计[J]．工程机械，2001(10)：26～27．
[17]过镇诲．钢筋混凝土原理[M]．北京：清华大学出版社．1999．
[18]马林诺夫斯基等．振动沉拔桩机的发展前景[J]．建筑机械，1991(1)：13～16．
[19]陶学康．后张预应力混凝土设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．1998．
[20]过镇海．混凝土的强度和变形[M]．北京：清华大学出版社．1997．
[21]徐秉业，刘信声．应用弹塑性力学[M]．北京：清华大学出版社．1995．
[22]刘鸿文．材料力学(上)[M]．北京：高等教育出版社，1995．
[23]刘鸿文．材料力学(下)[M]．北京：高等教育出版社，1995．
[24]汤绍和．ICE液压振动沉拔庄机[J]．建筑机械．1999(3)：21～25．
[25]张忠海．液压式振动桩锤发展现状及选型应用[J]．建筑机械，2001(3)：39～41．
[26]奚绍中，郑世瀛．应用弹性力学[M]．北京：中国铁道出版社，1987．
[27]钟龙辉．静压沉桩法在西安地区的应用[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：173～181。
[28]罗邦法．全液压静力压桩机及其在桩基础施工中的应用[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：182～186．
[29]孔清华，桂凇莉．全桩长钢模管护壁干取土灌注桩研究[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：156～165．
[30]施引蕃．国外灌注桩施工机械的发展与现状[J]．建筑机械，1999(4)：12～15．
[31]周广泉，沈昌培．沉管桩施工新工艺[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：149～151．
[32]周本祥．新型6000kN液压静力压桩机[J]．建筑机械，1997(1)：3～9．
[33]李光等．静压桩机自动调平系统的研制[J]．建筑机械，2001(6)：32～33．
[34]郭传新，杨文军，霍空军．液压锤及桩支承力的计算[J]．建筑机械，2001(10)：76-78．
[35]过镇海．钢筋混凝土原理[M]．北京；清华大学出版社，1999．
[36]陈晓阳．YZY160静力压桩机夹持及夹桩油路的改进[J]．工程机械与维修，2000．1：68～69．
[37]陈九林．全液压静力压桩机液压系统设计[J]．建筑机械，1996(7)：18～19．
[38]《桩基工程手册》编写委员会．桩基工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1995．
[39]《工程地质手册》编写委员会．工程地质手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．
[40]朱建新等．静力压桩机液压系统设计方法研究[J]．建筑机械，1999(4)：41～44．
[41]陈希哲．土力学地基基础[M]．北京：清华大学出版社，1998．
[42]Meyerhof, G. G, Compaction of sands and Bearing Capacity of Piles:ASCE, 85, SM6. 1, 1959.
[43]Cooke, R. W.. Price, G. And Tarr, K.. Jacked Piles in London Clay,a Study of Load Transfer and settlement under Working Condition, 1979.Geotech, Vol. 29. No. 2.
[44]王进怀．高频液压振动沉拔桩锤[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：166～172．
[45]蔡政等．液压桩机动力系统的分析及其应用[J]建筑机械，2000(4)：28～30．
[46]蔡绍据．静力压桩机液压冲击回路及其数学模型[J]．建筑机械，1999(5)：21～22．
[47]中南大学液压机械工程研究所．ZYB500C型液压静力沉桩机使用说明书．2001．
[48]黄开启，吴万荣，罗春雷等．全液压静力沉桩机行走机构的设计与研究[J]．建筑机械，2000(2)：42～45．
[49]王树明，刘永波．日本履带行走装置降低噪音技术[J]．建筑机械，1997(1)：45～48．
[50]郑鹏展．综述讨论[J]．建筑机械化，2000(1)：36～38．
[51]徐惠民等．静压预制桩对周边建筑物的影响及对策[J]．建筑技术开发，2000(12)：16～19．
[52]彭志明，陆栋．YZY系列全液压桩机及在软土地区的施工[J]．建筑机械，1999(4)：22～30．
[53]吴向群．ZYJ320、ZYJ240液压静力沉桩机[J]．建筑机械，1997(2)：15～16．
[54]江苏省吴江良工桩机有限责任公司．YZY型桩机资料．
[55]郑凤琴等．静压桩机智能型测量系统的研究[J]．建筑机械，1997(8)：23～24．
[56]陈德文．南京某工程斜桩处理设计[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：240～245．
[57]黄上进，郑楷．汕头市预应力管桩基础设计若干问题探讨[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：121～129．
[58]黄义．弹性力学基础及有限单元法[M]．北京：冶金工业出版社，1983．
[59]李润方，龚剑霞．接触问题数值方法及其在机械设计中的应用[M]．重庆：重庆大学出版社，1989．
[60]李毅锋．基于液压沉桩过程参数的单桩承载力预测系统的研究．长沙：中南大学硕士学位论文．2000．3
[61]Rydholm, G. On Inequalities and Shakedown in contact Problems.Dissertation No. 61, Mech Eng., University of Linkoping. 1981.
[62]Petryk, H. A slip-line field analysis of the rolling contact problem at high loads. International Journal of Mechanical Sciences, 25, 265. 1983
[63]姚诗伟．PHC桩结构蛋度的计算与试验[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：256～262．
[64]龚剑，朱亮．MATLAB5.x入门与提高[M]．北京：清华大学出版社，2000．
[65]薛定宇．控制系统计算机辅助设计(MATLAB语言及应用)．北京：清华大学出版社，1996．
[66]丘湘泉．汕头大直径超长桩基设计实践[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)；101～105．
[67]戴自航，彭振斌．基于抗滑桩内力计算“(?)”法的有限差分法[J]．中南大学学报(自然科学版)，2001(5)：461-464．
[68]张炜．兰州地区静力压桩单桩竖向承载力的试验研究[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：67～74．
[69]李岸．ZYB静力压桩机机身自动调平控制系统的研究．长沙：中南大学硕士学位论文．2001．6
[70]史占云，唐磊．新结构桩尖设计[J]．建筑机械，1999(5)：48～49．
[71]曾金．YZY系列静力液压压桩机[J]．建筑机械，2001(5)；46～47．
[72]左小襄．建筑机械施工中垂直度现场检查方法[J]．建筑机械，1997(12)：21～22．
[2]蔡长赓．预应力管桩在高层建筑中的应用[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：187～191．
[3]《桩基工程手册》编写委员会．桩基工程手册．北京：中国建筑工业出版社，1995．9．
[4]刘金砺．桩基工程技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，1987．
[5]孔清华．桩基础的设计方法与施工技术[M]．北京：中国建材工业出版社，1997．
[6]桂凇莉．桩型选用与施工[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：164～166．
[7]刘古岷，王渝，胡国庆等．桩工机械[M]．北京：机械工业出版社，2001．4：67～77．
[8]五岛太郎．基础施工技术和设备[J]．黄志明，译．建筑机械，2001(9)：54～58．
[9]施岚青，国振喜，孙培生．简明混凝土结构设计手册[M]．北京：冶金工业出版社，1999．
[10]中山建华管桩有限公司．建华管桩技术资料．中山：1999
[11]成大先等．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1992．
[12]G.M.L.Gladvell．经典弹性理论中的接触问题[M]．范天佑，译．北京：北京理工大学出版社，1991．
[13]K.L. Johnson.Contact mechanics[M]．徐秉业，罗学富，刘信声等，译．北京；高等教育出版社，1992．
[14]徐激抒，徐文忠．天津某高层建筑桩基础竖向静载试验结果分析[J]高层建筑桩基工程技术，1998(8)：79～83．
[15]车宏亚．混凝土结构原理[M]．天津：天津大学出版社，1989．
[16]管根荣等．工程机械的绿色设计[J]．工程机械，2001(10)：26～27．
[17]过镇诲．钢筋混凝土原理[M]．北京：清华大学出版社．1999．
[18]马林诺夫斯基等．振动沉拔桩机的发展前景[J]．建筑机械，1991(1)：13～16．
[19]陶学康．后张预应力混凝土设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．1998．
[20]过镇海．混凝土的强度和变形[M]．北京：清华大学出版社．1997．
[21]徐秉业，刘信声．应用弹塑性力学[M]．北京：清华大学出版社．1995．
[22]刘鸿文．材料力学(上)[M]．北京：高等教育出版社，1995．
[23]刘鸿文．材料力学(下)[M]．北京：高等教育出版社，1995．
[24]汤绍和．ICE液压振动沉拔庄机[J]．建筑机械．1999(3)：21～25．
[25]张忠海．液压式振动桩锤发展现状及选型应用[J]．建筑机械，2001(3)：39～41．
[26]奚绍中，郑世瀛．应用弹性力学[M]．北京：中国铁道出版社，1987．
[27]钟龙辉．静压沉桩法在西安地区的应用[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：173～181。
[28]罗邦法．全液压静力压桩机及其在桩基础施工中的应用[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：182～186．
[29]孔清华，桂凇莉．全桩长钢模管护壁干取土灌注桩研究[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：156～165．
[30]施引蕃．国外灌注桩施工机械的发展与现状[J]．建筑机械，1999(4)：12～15．
[31]周广泉，沈昌培．沉管桩施工新工艺[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：149～151．
[32]周本祥．新型6000kN液压静力压桩机[J]．建筑机械，1997(1)：3～9．
[33]李光等．静压桩机自动调平系统的研制[J]．建筑机械，2001(6)：32～33．
[34]郭传新，杨文军，霍空军．液压锤及桩支承力的计算[J]．建筑机械，2001(10)：76-78．
[35]过镇海．钢筋混凝土原理[M]．北京；清华大学出版社，1999．
[36]陈晓阳．YZY160静力压桩机夹持及夹桩油路的改进[J]．工程机械与维修，2000．1：68～69．
[37]陈九林．全液压静力压桩机液压系统设计[J]．建筑机械，1996(7)：18～19．
[38]《桩基工程手册》编写委员会．桩基工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1995．
[39]《工程地质手册》编写委员会．工程地质手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．
[40]朱建新等．静力压桩机液压系统设计方法研究[J]．建筑机械，1999(4)：41～44．
[41]陈希哲．土力学地基基础[M]．北京：清华大学出版社，1998．
[42]Meyerhof, G. G, Compaction of sands and Bearing Capacity of Piles:ASCE, 85, SM6. 1, 1959.
[43]Cooke, R. W.. Price, G. And Tarr, K.. Jacked Piles in London Clay,a Study of Load Transfer and settlement under Working Condition, 1979.Geotech, Vol. 29. No. 2.
[44]王进怀．高频液压振动沉拔桩锤[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：166～172．
[45]蔡政等．液压桩机动力系统的分析及其应用[J]建筑机械，2000(4)：28～30．
[46]蔡绍据．静力压桩机液压冲击回路及其数学模型[J]．建筑机械，1999(5)：21～22．
[47]中南大学液压机械工程研究所．ZYB500C型液压静力沉桩机使用说明书．2001．
[48]黄开启，吴万荣，罗春雷等．全液压静力沉桩机行走机构的设计与研究[J]．建筑机械，2000(2)：42～45．
[49]王树明，刘永波．日本履带行走装置降低噪音技术[J]．建筑机械，1997(1)：45～48．
[50]郑鹏展．综述讨论[J]．建筑机械化，2000(1)：36～38．
[51]徐惠民等．静压预制桩对周边建筑物的影响及对策[J]．建筑技术开发，2000(12)：16～19．
[52]彭志明，陆栋．YZY系列全液压桩机及在软土地区的施工[J]．建筑机械，1999(4)：22～30．
[53]吴向群．ZYJ320、ZYJ240液压静力沉桩机[J]．建筑机械，1997(2)：15～16．
[54]江苏省吴江良工桩机有限责任公司．YZY型桩机资料．
[55]郑凤琴等．静压桩机智能型测量系统的研究[J]．建筑机械，1997(8)：23～24．
[56]陈德文．南京某工程斜桩处理设计[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：240～245．
[57]黄上进，郑楷．汕头市预应力管桩基础设计若干问题探讨[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：121～129．
[58]黄义．弹性力学基础及有限单元法[M]．北京：冶金工业出版社，1983．
[59]李润方，龚剑霞．接触问题数值方法及其在机械设计中的应用[M]．重庆：重庆大学出版社，1989．
[60]李毅锋．基于液压沉桩过程参数的单桩承载力预测系统的研究．长沙：中南大学硕士学位论文．2000．3
[61]Rydholm, G. On Inequalities and Shakedown in contact Problems.Dissertation No. 61, Mech Eng., University of Linkoping. 1981.
[62]Petryk, H. A slip-line field analysis of the rolling contact problem at high loads. International Journal of Mechanical Sciences, 25, 265. 1983
[63]姚诗伟．PHC桩结构蛋度的计算与试验[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：256～262．
[64]龚剑，朱亮．MATLAB5.x入门与提高[M]．北京：清华大学出版社，2000．
[65]薛定宇．控制系统计算机辅助设计(MATLAB语言及应用)．北京：清华大学出版社，1996．
[66]丘湘泉．汕头大直径超长桩基设计实践[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)；101～105．
[67]戴自航，彭振斌．基于抗滑桩内力计算“(?)”法的有限差分法[J]．中南大学学报(自然科学版)，2001(5)：461-464．
[68]张炜．兰州地区静力压桩单桩竖向承载力的试验研究[J]．高层建筑桩基工程技术，1998(8)：67～74．
[69]李岸．ZYB静力压桩机机身自动调平控制系统的研究．长沙：中南大学硕士学位论文．2001．6
[70]史占云，唐磊．新结构桩尖设计[J]．建筑机械，1999(5)：48～49．
[71]曾金．YZY系列静力液压压桩机[J]．建筑机械，2001(5)；46～47．
[72]左小襄．建筑机械施工中垂直度现场检查方法[J]．建筑机械，1997(12)：21～22．