土锚板桩墙闸室结构的数值分析

摘要

压力分散型土锚板桩墙结构是一种结构型式新颖、受力机制合理的结构，特别是压力分散型土锚的受力与传力机制与传统的土锚相比更具合理性，粘结应力分布更均匀，防腐性能与耐久性能大为提高，能有效地控制板桩墙的水平位移、改善其受力情况。淮安三线船闸在国内首次将压力分散型土锚钢板桩结构应用于永久性结构，在江苏省内，首次将压力分散型土锚地连墙结构应用于船闸工程。本文基于此，简单回顾了土锚的分类和特点及压力分散型土锚的研究现状，简单介绍了土锚板桩墙的应用情况，研究了土锚板桩墙结构的计算分析方法及其数值计算理论，并重点分析了薄层单元的基本原理和本构关系，验证了其合理性；同时讨论了水土压力计算方式的优劣。 土锚是土锚板桩墙结构中的一个关键部分，应用ANSYS软件建立了压力分散型土锚的2D轴对称有限元分析模型，采用薄层单元来模拟锚杆与土之间的错动滑移特性，它是在不考虑上覆土压力作用的条件下得到的；并假定土锚与土的接触面上不发生法向相对位移，从而实现接触面的非线性分析，模拟了锚杆与土之间的荷载传递规律和及其影响因素，并和压力型土锚工作特性进行比较，验证了压力分散型土锚的合理性和优越性，得出了一些有用的结论。 由于土体材料的特殊性，采用了D-P本构模型对土体进行了非线性平面有限元分析。本文建立了土锚板桩墙平面应变有限元模型，土锚钢板桩的施工过程包括基坑韵开挖与回填、土锚的施工与预应力的施加、支撑的施加与拆除及预加轴力等，都是通过“生”“死”单元来模拟实现的，模拟了淮安三线船闸钢板桩段和地连墙段的基坑开挖施工过程，计算分析了各特征施工步下的位移、内力与墙后土压力的分布及土锚轴力的变化情况，并对两不同刚度的闸室段受力和变形进行了对比计算分析。由于土锚与支撑在空间上是不连续的结构物，在平面应变有限元分析中通过刚度等效的原则得出其等效弹性模量。

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2土锚研究现状

1.3土锚板桩墙在工程中的应用

1.4本文主要研究内容

第二章压力分散型土锚数值分析

2.1压力分散型土锚工作特性

2.2压力分散型土锚极限承载力及其失效模式

2.3压力分散型土锚数值分析

2.4压力分散型和压力型土锚性能比较

2.5压力分散型土锚受力特性影响因素分析

第三章板桩墙计算方法的综述

3.1线性方法

3.2 NL法

3.3 p-y曲线法

3.4有限元法

第四章土锚板桩墙数值分析中有关问题处理

4.1材料本构模型

4.2单元刚度计算

4.3结构—土间的薄层单元

4.4水土分算与合算

第五章基于ANSYS的工程实例分析

5.1工程概况

5.2基本资料

5.3模型分析

5.4 ANSYS在土锚板桩墙计算中的应用技术

5.5土锚钢板桩闸室结构施工过程模拟分析

5.6土锚钢板桩闸室运行时结构受力特性分析

5.7土锚地连墙闸室结构施工过程模拟分析

5.8土锚钢板桩和土锚地连墙受力特性比较

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢