单桩竖向荷载—位移曲线预测方法改进与MATLAB/GUI实现

摘要

在桩基设计中，如何合理地确定单桩的承载力与沉降特性一直是桩基理论研究的一个重要的课题，然而，由于桩土相互作用的复杂性，该问题一直未能得到很好的解决。利用单桩荷载-位移曲线进行桩基特性研究是一种较好的解决方法，目前有较多拟合预测方法，实现过程差异较大，精度也不一。拟合预测方法在单桩荷载-位移曲线中的应用目前尚还存在着建模理论缺陷和实现方法复杂以及需要编程实现等问题。
　　本文在对单桩荷载-位移曲线的拟合预测采用了三种分析方法:荷载传递法、曲线拟合法和灰色理论模型分析法。在对这三种分析计算方法的基本原理和实现步骤上进行介绍后针对各自存在的缺陷进行改进:
　　对于荷载传递法，利用桩底和桩侧指数曲线传递函数进行解析解的推导并结合线性和非线性传递函数进行综合分析;对于曲线拟合法，提出修正指数曲线模型，归纳总结出8种 S型曲线模型并就组合曲线模型提出了叠加组合模型和分段组合模型;对于灰色理论模型，提出单桩承载力预测的直接灰色理论模型DGM(1，1)，并在建模机理上对DGM(1，1)从背景值优化和初始值优化两个方面进行改进，提出共16种改进模型。
　　由于上述计算方法在实现上需要借助计算机实现，鉴于程序编制往往难以实现可视化，引入MATLAB/GUI技术，分别就三种预测方法编制得到Load transfer、curves和Greymodel三个可视化操作界面程序，便于工程人员和科研人员的直接应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 桩基概述

1．2 单桩竖向载荷沉降分析

1．3 优化算法及最小二乘法实现

1．4 本文主要研究工作

1．5 本文主要研究成果及创新点

第二章 荷载传递法分析与应用

2．1 荷载传递法基本原理

2．1．1 基本微分方程

2．1．2 荷载传递函数

2．2 荷载传递法计算方法

2．2．1 解析法

2．2．2 变形协调法

2．3 指数曲线荷载传递模型解析解

2．3．1 解析解的建立与推导

2．3．2 解析解的应用方法

2．4 变形协调法的程序实现

2．4．1 可视化界面设计

2．4．2 数值计算模块实现

2．5 实例验证及相关参数探讨

2．5．1 双曲线模型实例验证及参数探讨

2．5．2 双曲线模型+指数曲线模型实例验证

2．5．3 三折线模型+双曲线模型实例验证

2．6 本章小结

第三章 曲线拟合法的实现及应用

3．1 P-s曲线预测基本数学模型

3．1．1 双曲线模型

3．1．2 指数曲线模型

3．1．3 抛物线模型

3．1．4 多项式曲线模型

3．1．5 幂函数模型

3．2 P-s曲线预测新型及改进数学模型

3．2．1 双曲线模型变形形式

3．2．2 指数曲线模型变形形式

3．2．3 S型曲线模型

3．2．4 组合曲线模型

3．3 曲线拟合标准及相关计算方法

3．3．1 最小二乘法

3．3．2 最小一乘法

3．3．3 其它拟合判断标准

3．3．4 非线性最小二乘法计算方法

3．4 计算程序编写集成与实现

3．4．1 可视化界面设计

3．4．2 数值计算模块实现

3．5 实例验证及相关参数探讨

3．5．1 修正指数曲线模型拟合分析验证

3．5．2 宁波地区某大桥基桩静载荷试验数据S型曲线模型拟合应用比较

3．6 本章小结

第四章 灰色理论模型预测在P-s曲线上的应用

4．1 灰色理论模型基本概念及系统建模原理

4．1．1 灰色理论模型相关概念及在单桩极限荷载预测分析

4．1．2 系统建模过程

4．2 灰色理论模型预测建模实现

4．2．1 传统灰色模型GM(1，1)建模实现

4．2．2 直接灰色模型DGM(1，1)建模实现

4．2．3 单桩非等步长直接灰色模型DGM(1，1)建模实现

4．3 灰色理论模型的优化改进

4．3．1 灰色理论模型背景值优化改进

4．3．2 灰色理论模型初始值优化改进

4．3．3 灰色理论模型背景值与初始值双优化改进

4．4 计算程序编写集成与实现

4．4．1 可视化界面设计与模型实现界面优化

4．4．2 数值计算实现及模型实现流程

4．5 实例验证及相关参数探讨

4．5．1 直接灰色模型DGM(1，1)在单桩P-s曲线的运用和实例分析

4．5．2 未改进DGM(1，1)与改进DGM(1，1)在工程实例中的应用与比较

4．6 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要科研成果