海洋浮式结构桩基础的抗拔极限承载力分析

论文摘要

传统桩基础一般作为高大建筑物的支撑基础,以承受竖直压力作用为主,但是,随着海洋工程和水中悬浮隧道等大型建设项目的发展,以及施工技术的不断进步,倾斜抗拔桩基础也成为深水基础的一种重要形式。相对于抗压桩而言,针对复杂荷载下斜向抗拔桩的承载力及变形特性的研究尚不多见,因此有必要对复杂荷载下斜向抗拔桩的承载性状进行深入研究。本文在目前比较通用的有限单元法基础上,采用对称有限元法,土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型,混凝土桩采用线弹性材料模型,采用8节点六面体单元及其退化单元,在桩土界面处设置无厚度Goodman接触单元,考虑库仑摩擦作用,建立三维有限元桩土模型,对倾斜抗拔桩的承载性能进行了数值模拟。主要分析了倾斜抗拔桩极限承载力、倾斜抗拔桩位移特征和桩的静、动承载力影响因素。本文具体工作如下:（1）通过查阅相关文献,介绍了水下悬浮隧道的研究现状和海洋浮式结构的基础形式概况,以及有限元方法和弹塑性土体本构理论等基本理论。（2）建立了抗拔桩与土体相互作用的有限元模型,并将计算结果与其他研究者的工程实测结果进行了对比分析,验证了所建立模型的正确性。（3）研究了抗拔桩的极限承载力特性、变形特性及承载力的影响因素。首先对比了抗拔桩与抗压桩的承载特性的差别,并考虑了荷载倾角、桩长、桩径和土体参数等因素对斜向抗拔桩承载力的影响。结果表明:抗压桩较抗拔桩的承载能力高,二者桩侧摩阻力传递机理相同;斜向抗拔桩的静承载力随着桩长、桩径、桩体模量、土体粘聚力和土体模量的增加而提高。（4）计算分析了斜向抗拔桩基础在考虑循环波浪荷载作用下的承载力特性,研究了荷载循环次数和土体的静应力状态对斜向抗拔桩的极限承载力的影响,并分析了桩长、桩径及桩体模量对循环承载力的影响作用,并与相同条件下静力极限承载力情况进行了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水下悬浮隧道概况与深水基础形式简介
• 1.2.1 水下悬浮隧道概况介绍与研究进展
• 1.2.2 国内外研究进展与研究现状
• 1.2.3 深海基础形式介绍
• 1.3 倾斜抗拔桩的研究现状
• 1.3.1 竖向抗拔桩承载特性的研究现状
• 1.3.2 倾斜荷载下桩基承载特性的研究现状
• 1.4 本文的主要研究工作
• 2 非线性有限元及弹塑性理论
• 2.1 有限单元法简介
• 2.1.1 有限单元法的发展概况
• 2.1.2 有限单元法的优点及分析步骤
• 2.1.3 单元位移插值函数的选取
• 2.1.4 单元特性分析
• 2.1.5 总体特性分析
• 2.1.6 有限元分析结果
• 2.2 非线性问题
• 2.2.1 材料非线性问题
• 2.2.2 几何非线性问题
• 2.3 土的本构模型
• 2.3.1 屈服准则介绍
• 2.3.2 Mohr-Coulomb屈服准则
• 2.3.3 Drucker-Prager与Mohr-Coulomb模型参数的转换关系
• 2.4 非线性有限元ADINA简介
• 3 抗拔桩桩土相互作用的有限元实现及实例分析
• 3.1 引言
• 3.2 倾斜荷载下基桩的受力特性
• 3.2.1 倾斜荷载下基桩的承载力
• 3.2.2 倾斜荷载下基桩的破坏机理
• 3.2.3 确定地基承载力的标准
• 3.3 有限元模型的实现
• 3.3.1 有限元模型的建立
• 3.3.2 桩土界面的处理
• 3.3.3 初始应力的计算
• 3.4 有限元模型的试验验证
• 3.5 本章小结
• 4 斜向抗拔桩静承载力影响因素分析
• 4.1 计算方案的确定
• 4.2 荷载倾角对抗拔桩承载力的影响
• 4.2.1 拉压荷载下桩体承载及变形特性对比分析
• 4.2.2 倾角对斜向抗拔桩的极限承载力影响分析
• 4.2.3 倾斜荷载下荷载的传递机理分析
• 4.2.4 倾斜荷载下桩体的应力分布
• 4.2.5 倾斜荷载下桩周土体应力应变特性
• 4.3 桩参数对桩的静承载力的影响分析
• 4.3.1 桩长对桩的静承载力的影响
• 4.3.2 桩径对桩的静承载力的影响分析
• 4.3.3 桩体模量对斜向抗拔桩的静承载力的影响分析
• 4.4 土体参数对斜向抗拔桩的静承载力的影响分析
• 4.4.1 土体模量对斜向抗拔桩的静承载力的影响
• 4.4.2 土体黏聚力对斜向抗拔桩的静承载力的影响
• 4.5 各影响因素下极限承载力的归一化比较
• 4.6 本章小结
• 5 循环荷载条件下斜向抗拔桩基础的承载特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 循环承载力分析方法与研究现状
• 5.2.1 循环强度模型
• 5.2.2 有限元分析方法
• 5.3 循环波浪荷载下抗拔桩基础的极限承载力特性分析
• 5.3.1 静力加载与考虑循环荷载承载力对比
• 5.3.2 荷载循环次数对斜向抗拔桩基础的循环承载力的影响
• 5.4 桩参数对考虑循环荷载作用时的承载力影响
• 5.4.1 桩长对斜向抗拔桩的承载力影响分析
• 5.4.2 桩径对斜向抗拔桩的承载力影响分析
• 5.4.3 桩体模量对斜向抗拔桩的承载力影响分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢