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大直径桩的水平承载特性分析

作　者: 郭乾坤
导　师: 林本海
学　校: 广州大学
专　业: 结构工程
关键词: 大直径桩桩—土接触分析水平荷载三维有限元 ANSYS
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

研究单桩—土在水平荷载作用下共同工作的受力机理仅有50多年的历史,由于大直径桩的水平静载试验受工期、费用、实验设备及实验条件的限制,静载试验往往没有达到试桩的水平极限承载力便终止了。大多研究是将试验数据与有限元软件模拟结果进行对比分析,但因建立有限元模型的过程中进行过多的简化,往往使模拟的结果与实际工程桩的受力性能大相径庭。迄今为止,国内关于这方面的研究还相对落后。本文结合某电厂大直径灌注桩的水平承载力试验结果的分析,讨论了大直径桩的水平承载特性。根据试验结果,归纳了水平荷载作用下大直径桩的变形、弯矩等随荷载发展变化的规律。为进一步分析水平承载作用下的桩土相互作用特性,利用有限元软件对水平受荷桩进行数值模拟分析。数值分析中考虑了大直径桩与土体的接触特性,使其能更好的反映水平受荷桩的实际工作性状。计算结果与实测数据吻合较好,说明模型是有效、可靠的。最后,通过改变桩径、桩体材料模量、土体参数(c、φ)、土体弹性模量等进一步深入探究影响水平受荷桩受力特性的规律。本文的结论可在实际工程中得到应用,对大直径桩在水平力作用下特性的进一步研究有一定的帮助。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
Contents  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 水平承载桩的发展与国内外研究现状  14-18
  1.2 本文研究的目的  18-19
  1.3 本课题研究的内容  19-21
第二章大直径桩在水平荷载作用下的性状分析  21-41
  2.1 单桩水平荷载作用下的工作性状  21-27
    2.1.1 水平荷载与位移的关系  21-22
    2.1.2 水平荷载作用下桩的破坏机理  22-26
    2.1.3 桩的相对刚度、相对桩长及分类  26-27
  2.2 水平承载桩的理论计算方法  27-34
    2.2.1 刚性桩在水平荷载作用下的计算方法  28
    2.2.2 弹性桩在水平荷载作用下的计算方法  28-32
    2.2.3 弹性理论法  32-33
    2.2.4 数值方法  33-34
  2.3 水平承载桩理论计算方法的认识  34-39
    2.3.1 弹性理论法  34-35
    2.3.2 极限地基反力法  35-36
    2.3.3 弹性地基反力法  36-38
    2.3.4 复合地基反力系数法(P-Y曲线法)  38
    2.3.5 复合地基反力系数法(NL曲线法)  38-39
    2.3.6 数值分析法  39
  2.4 本章小结  39-41
第三章水平受荷桩的静载试验  41-59
  3.1 单桩水平静载试验  41-45
    3.1.1 试验目的  41-42
    3.1.2 试验设备及方法  42-44
    3.1.3 试验成果整理  44-45
  3.2 水平荷载桩的现场试验研究  45-58
    3.2.1 工程概况  45
    3.2.2 试验桩地层结构概况  45-48
    3.2.3 试验的目的及内容  48
    3.2.4 水平静载试验结果  48-57
    3.2.5 实验小结  57-58
  3.3 本章小结  58-59
第四章单桩在水平荷载作用下的数值模拟  59-79
  4.1 ANSYS及有限元法理论简介  59-61
    4.1.1 大型通用有限元软件ANSYS简介  59-60
    4.1.2 有限元法的基本原理及分析步骤  60-61
  4.2 接触非线性有限元法  61-63
    4.2.1 接触问题的有限元分析方法  62
    4.2.2 一般接触问题分类  62-63
    4.2.3 接触面间的相互作用  63
  4.3 桩土接触有限元分析  63-68
    4.3.1 桩土相互作用接触界面的本构关系  64-65
    4.3.2 桩土材料的本构模型及屈服准则  65-68
  4.4 ANSYS建模  68-77
    4.4.1 建模的注意事项  68-71
    4.4.2 建模的假设  71
    4.4.3 单元选择  71-72
    4.4.4 网格划分  72-73
    4.4.5 边界条件  73
    4.4.6 桩土界面摩擦系数  73-74
    4.4.7 桩土体参数  74-77
  4.5 本章小结  77-79
第五章有限元模拟结果及分析  79-95
  5.1 有限元模型结果精度分析  79-87
    5.1.1 桩土表面摩擦系数的给定  79-80
    5.1.2 网格划分的给定  80-81
    5.1.3 模型的长宽、桩底下卧岩层厚度的给定  81-82
    5.1.4 初始应力的给定  82-84
    5.1.5 摩擦单元CONTA 73号单元实常数的给定  84-85
    5.1.6 有限元几何模型的确定  85-87
  5.2 有限元分析结果与实测值的比较  87-93
    5.2.1 桩体位移的结果与分析  87-89
    5.2.2 桩身应力的结果与分析  89-91
    5.2.3 桩体破坏模式的确定  91-93
  5.3 本章小结  93-95
第六章不同桩土因素对桩身水平受力性能的影响  95-109
  6.1 桩径的影响  95-98
  6.2 桩体弹性的影响  98-100
  6.3 土体弹性模量的影响  100-102
  6.4 土体粘聚力的影响  102-104
  6.5 土体内摩擦角的影响  104-106
  6.6 小结  106-109
第七章结论与展望  109-111
  7.1 本文主要结论  109-110
  7.2 展望  110-111
参考文献  111-117
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  117-119
致谢  119

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