桩、土与基础相互作用体系的非线性有限元研究

摘要

桩基础是软土地区常见的地基处理方法,软土高含水量、高孔隙比、高压缩性和低强度、低渗透性、低固结系数的特性,使天然地基往往不能满足工程需要,采用桩基础进行加固是有效手段.但结构基础、桩与土体相互作用的受力机理相当复杂,目前关于这方面的研究相对较少.有限元方法是研究相互作用问题的有效方法,利用三维有限元分析,可建立土体、桩与基础共同作用的数值模型,计算桩土复合体的应力和变形.由于混凝土与土体材料特性、受力性能等方面的差异,使用符合工程实际的反映各自的非线性特性的本构模型,在不同材料接触处设置恰当的接触面单元,可以更好地使计算结果与实际相一致.本文深入讨论了三维非线性有限元分析方法、钢筋混凝土和土体的本构模型以及接触面单元形式,对在桩土结构中的土体材料与混凝土结构的接触处提出应用薄层单元进行接触面的数值模拟.对于基本结构形状类似但具体尺寸参数变动的情况,为了能快速高效地进行分析计算,采用有限元中的参数化分析技术(APDL),使用参数化命令语言编程,不但可以实现参数化的建模,而且可使计算分析过程自动化,提高了分析效率,而且只需简单的参数数值改变即可将程序应用于类似工程的计算分析.文中对秦淮河三汊河口闸工程进行了考虑桩、土及基础相互作用的三维非线性静、动力分析,计算分析了各种工况下水闸的应力和位移规律,对齿墙深度进行敏感性分析,得出控制闸室水平位移的最佳齿墙深度,进行了在单、双向地震波作用下的动力时程分析,为工程的设计和施工提供了可用的计算结果.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第一节桩基介绍

第二节相互作用分析的研究和发展现状

第三节问题的提出

第四节本文的主要工作

第二章三维非线性有限元原理

第一节有限元基本原理

第二节三维非线性有限元

第四节本章小结

第三章材料的本构模型

第一节钢筋混凝土本构模型

第二节土体本构模型

第三节本章小结

第四章相互作用接触面的数值模拟

第一节接触面数值模拟概述

第二节界面单元法

第三节接触面单元的数值稳定性

第四节相互作用面数值模拟的一些问题

第五节本章小结

第五章参数化建模及动力时程分析

第一节ANSYS参数化建模

第二节动力相互作用理论

第三节非线性动力方程的几个问题

第四节动力时程分析方法

第六章工程实例一秦淮河三汊河口闸工程三维非线性分析

第一节工程概况和研究内容

第二节计算模型与材料参数

第三节参数化建模

第四节非线性静力分析

第五节地震动力反应分析

第七章结论和展望

第一节本文结论

第二节建议与展望

参考文献

致谢