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单桩竖向极限承载力的有限元线法分析

作　者: 孟祥瑞
导　师: 高建岭；白玉星
学　校: 北方工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 单桩 竖向极限承载力 有限元线法 空间轴对称 COLSYS
分类号: TU473.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


单桩竖向极限承载力的确定被认为是桩基设计当中最基本的也是最难的问题之一,许多学者对其进行了大量的理论研究、模型研究和现场试验,并取得了一定的成就。为了尽可能地减少试桩数量,节约资金,寻求一种合理的经济的确定单桩竖向极限承载力的方法变得尤为重要。有限元线法,作为一种新型的以常微分方程求解器为支撑软件的半解析数值分析方法,已成功应用于固体力学,尤其是在线弹性领域,已逐步趋于成熟。由于采取单元的结线位移而并非是结点位移作为基本未知量,因此,有限元线法在保留了有限元法对结构形状、荷载形式及边界条件良好适应性的同时,很大程度地提高了求解精度,简化了网格划分和数据输入工作。本文首先针对桩土作用的实际问题,构造了有限元线法的空间轴对称单元,推导出适用于解弹性力学空间轴对称问题的有限元线法基本理论。算例表明,该理论方法的求解精度令人满意。其次,本文还编制了计算单桩竖向极限承载力的有限元线法程序,用以输出用户想要的结果。最后,本文利用上述理论方法及有限元线法程序对实际问题进行了分析,计算出了六种类型桩的竖向极限承载力,并与实际工程中的试桩静载试验结果相比对,验证了该理论的正确性。结果表明用有限元线法和有限元线法程序来分析单桩的极限承载力是可行、经济的,可供工程设计人员参考和应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 绪论  10-24
  1.1 桩基础简介  10-16
    1.1.1 桩基础的作用及特点  10-11
    1.1.2 桩基发展简史  11-13
    1.1.3 桩基础的分类  13-16
  1.2 单桩竖向极限承载力计算方法简介  16-21
    1.2.1 规范中的计算方法  17-18
    1.2.2 国内外有关单桩竖向承载力计算方法的新进展  18-21
  1.3 本文的主要目的及研究内容  21-24
    1.3.1 研究目的  21-22
    1.3.2 研究内容  22-24
2 弹性力学空间轴对称问题有限元线法  24-37
  2.1 有限元线法简介  24-25
  2.2 有限元线法的分析过程  25-28
  2.3 空间轴对称问题常规单元的ODE方程  28-32
    2.3.1 空间轴对称单元的位移、应变、应力和载荷  28-31
    2.3.2 单元总势能  31-32
  2.4 总势能泛函及结构ODE体系  32-33
  2.5 给定结线位移的处理  33-34
  2.6 数值算例  34-36
  2.7 小结  36-37
3 有限元线法在计算单桩竖向极限承载力中的应用  37-52
  3.1 竖向受力情况下的单桩荷载的理论分析  37-40
  3.2 竖向受力单桩荷载传递的理论分析方法  40-45
  3.3 单桩竖向极限承载力的有限元线法理论  45-47
    3.3.1 土体的本构关系  45
    3.3.2 几何模型  45-46
    3.3.3 有限元线法模型  46-47
  3.4 有限元线法程序计算单桩竖向极限承载力  47-52
4 工程实例  52-62
  4.1 工程概况  52-54
  4.2 场地工程地质概况  54-56
    4.2.1 地形地貌  54
    4.2.2 地基土层  54-56
    4.2.3 地下水  56
  4.3 试桩概况  56-57
    4.3.1 试验设备  56
    4.3.2 加载与观测  56-57
  4.4 试桩结果分析  57-60
  4.5 有限元线法与静载试验结果对比分析  60-62
5 有限元线法程序(FELIVM)简介  62-68
  5.1 程序设计概述  62
  5.2 程序结构  62-64
  5.3 FELIVM的功能及特点  64
    5.3.1 FELIVM的功能  64
    5.3.2 FELIVM的特点  64
  5.4 ODE求解器  64-68
    5.4.1 COLSYS求解问题与范围  64-65
    5.4.2 COLSYS求解功能  65-66
    5.4.3 COLSYS使用方法  66-68
6 结论与展望  68-69
  6.1 主要研究结论  68
  6.2 有待进一步开展的研究工作  68-69
参考文献  69-73
在学研究成果  73-74
致谢  74-75
附录(有限元线法程序)  75-93

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 桩基及深基础 > 桩基 > 桩的承载力
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