竖向荷载下桩—土相互作用的承载性状分析

摘要

建筑结构中使用桩基础能有效地提高承载力、减小沉降量并改善抗震性能，为此桩基础在土木工程领域受到了广泛的应用。但是，在实际工程中桩基础的极限承载力不易确定，且桩-土之间的接触非线性问题及桩-土-结构的载荷传递特性方面仍有许多问题需要解决。本文将有限元极限平衡法(FELEM，即Finite Element Limit Equilibrium Method)从边坡工程理论推广到针对桩-土相互作用的极限承载力和稳定性分析中，并以数值方法研究了桩-土-结构的动力特性。
　　具体工作包含如下三个方面:
　　(1)用有限元极限平衡法评估了边坡和浅基础的稳定性，并分别与有限元强度折减法和Prandtl理论解进行比较分析，验证了所求得的安全系数和最危险滑动面。
　　(2)通过ABAQUS建立桩-土接触非线性的二维轴对称问题的有限元模型，得到竖向荷载作用下的载荷-沉降曲线，从而计算出极限承载力，并分析了桩侧摩阻力的影响。将此有限元模型的计算结果，与基于双曲线型载荷传递函数的桩-土载荷传递法通过迭代计算所得的载荷-沉降曲线的理论解进行比较，验证了理论解的可靠性。最后，将有限元极限平衡法应用于桩-土的结构分析中，计算出安全系数和最危险滑动面。
　　(3)通过ANSYS建立桩-土-结构相互作用的二维有限元模型，进行结构动力分析并得到结构的自振周期和振型，计算了结构的位移和剪力，对桩-土-结构的相互作用引入与否的不同结果进行比较分析。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 地基基础工程概述

1．1．1 地基基础定义及分类

1．1．2 桩基础的发展历史与应用

1．2 桩基础的研究现状

1．2．1 桩的竖向承载力

1．2．2 桩的稳定分析及破坏形式

1．2．3 桩基沉降控制

1．2．4 地基-基础-上部结构共同作用

1．3 本文主要研究内容

2 有限元极限平衡法及稳定分析

2．1 各类稳定分析方法综述

2．2 有限元极限平衡法介绍

2．2．1 土体的极限平衡状态

2．2．2 安全系数的定义

2．2．3 最危险滑动面的确定

2．3 有限元极限平衡法在边坡中的应用

2．3．1 土体的本构模型及屈服准则

2．3．2 强度折减法及在ABAQUS中的实现

2．3．3 均质边坡算例

2．4 有限元极限平衡法在浅基础中的应用

2．4．1 浅基础的破坏形式及极限承载力的确定

2．4．2 浅基础算例

2．5 本章小结

3 单桩-土相互作用的承载力与稳定分析

3．1 竖向荷载下单桩-土的承载力分析

3．1．1 不排水条件下的竖直受载桩

3．1．2 排水条件下的竖直受载桩

3．2 载荷传递理论及在桩-土相互作用中的应用

3．2．1 基于双曲线模型的载荷传递微分方程

3．2．2 基于双曲线模型的载荷传递计算方法

3．2．3 相关参数的确定与结果比较

3．3 有限元极限平衡法在桩-土结构中的应用

3．4 本章小结

4 桩-土-上部结构地震荷载动力相互作用分析

4．1 桩-土-上部结构地震作用的分析模型与方法

4．1．1 桩的计算模型

4．1．2 桩-土-上部结构动力作用分析方法

4．2 桩-土-上部结构地震作用算例分析

4．3 地震结果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢