水平荷载作用下码头基桩的受力分析

摘要

本文结合南通长江口地区港口码头发生大面积断桩事故，针对涨潮急流时水平承载桩的性状展开研究，提出了水平承载桩在动力条件下的计算分析方法。 在对码头发生大面积断桩事故的有限元分析研究中，采用： (1)不考虑接触面的弹性地基桩土作用； (2)考虑接触面的弹性地基桩土作用； (3)考虑面-面接触的弹塑性地基桩土作用三种有限元模型进行研究。对涨潮急流条件下水平承载桩的性状用ANSYS软件进行仿真分析，发现弹塑性地基采用桩土面-面接触的有限元模型能较好地反映桩基工作性状。运用ANSYS有限元法分析了桩土中参数的影响。研究提出了Goodman接触面单元参数计算的修正方法。通过ANSYS有限元结合p—y曲线法进行综合分析，提出了接触面刚度的地基反力系数修正法，通过修正可以提高ANSYS有限元计算的精度；在码头断桩分析的涡激振动理论分析方面，提出了折合速度结合阻尼系数的动力理论分析方法。通过对长江口码头发生大面积断桩事故的研究，认为断桩的主要原因是由于最大水流力和涡激振动的共同作用。 本文建议的Goodman接触面单元参数的修正方法和弹塑性地基桩土考虑面-面接触有限元模型，能较好地反映水平荷载作用下码头基桩的工作性状。提出的折合速度结合阻尼系数的动力理论分析方法，能较好地判定水平荷载作用下码头桩基是否发生谐振而失稳。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及问题提出

1.2国内外研究水平承载桩现状

1.2.1线性有限单元法研究

1.2.2非线性有限单元法

1.2.3有限元研究水平承载桩的现状

1.2.4极限地基反力法(极限平衡法)

1.2.5弹性地基反力法

1.2.6 p-y曲线法

1.2.7水平承载桩的研究进展

1.2.8振动理论分析法

1.3研究内容和技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

1.4本文主要研究成果

第二章有限元分析研究

2.1有限元分析的步骤

2.1.1结构离散化

2.1.2选择位移模式

2.1.3分析单元的力学特性

2.1.4建立结构平衡方程

2.1.5对称性利用

2.2非线性有限元原理

2.2.1材料非线性

2.2.2几何非线性

2.2.3边界非线性

2.2.4边值问题的数值解法

2.2.5初值问题的数值解法

2.3本章小结

第三章ANSYS软件

3.1 ANSYS软件的组成及主要功能

3.2ANSYS软件的分析过程

3.3 ANSYS中材料非线性与接触非线性的应用

3.3.1材料非线性

3.3.2接触非线性

3.4ANSYS中的接触分析

3.4.1一般的接触分类

3.4.2接触分析过程

3.5本章小结

第四章水平荷载作用下南通码头桩基的ANSYS仿真研究

4.1工程条件

4.2桩土三维有限元模型的建构

4.2.1模型建立

4.2.2材料特性

4.2.3模型边界条件

4.2.4桩土之间界面

4.2.5定义求解分析和载荷步

4.3有限元模型的研究分析

4.3.1不考虑接触的弹性地基桩土作用

4.3.2考虑接触的弹性地基桩土作用

4.3.3考虑面—面接触的弹塑性地基桩土作用

4.3.4建议采用的桩土有限元模型

4.4ANSYS中接触面刚度参数的确定

4.4.1接触面单元的研究现状

4.4.2接触面参数的取值

4.4.3接触面刚度参数的影响因素分析

4.4本章小结

第五章水平荷载作用下南通码头桩基的p-y曲线研究

5.1 p-y曲线简介

5.1.1粘性土p-y曲线

5.1.2砂性土p-y曲线

5.2水平承载桩p-y曲线法的计算分析

5.3 p-y曲线与ANSYS有限元研究分析

5.4本章小结

第六章码头基桩的振动理论特性分析

6.1基桩对旋涡诱发振动的反应

6.1.1旋涡诱发振动的原理

6.1.2桩的自振频率的计算

6.1.3涡旋引起振动的准则

6.2基桩的振动特性计算

6.2.1折合速度的计算

6.2.2阻尼系数

6.4有限元与振动理论的综合应用分析

6.5本章小结

第七章土性参数对ANSYS的影响分析

7.1ANSYS中土的弹性模量的影响

7.2ANSYS中土的粘聚力影响

7.3ANSYS中土的内摩擦角影响

7.4结论

7.5本章小结

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢