考虑接触效应的高层建筑桩—土相互作用分析

论文摘要

随着我国城市化进程的加快,高层建筑发展迅猛。而桩基础往往又是高层建筑地基处理的首选方式,因而桩-土相互作用的研究也越来越受到人们的重视。在桩-土相互作用的研究中,仍有不少问题亟待解决,特别是桩-土界面处滑移、开裂等性状模拟,已成为相互作用研究的热点和难点之一。本文在总结前人研究结果的基础上,对利用无厚度接触单元时桩-土相互作用的有限元计算方法做了一些研究,其中包括接触单元本构模型的选择,接触单元参数的选择及其对桩-土相互作用的影响等。主要完成的工作包括以下几个方面:1、总结接触问题的研究现状,介绍了几种常用的接触单元和接触单元本构模型,对有限元中接触单元的力学机理和计算方法进行了总结。2、建立纯摩擦桩有限元计算模型,并将有限元计算的结果与实测结果进行对比分析,验证了无厚度接触单元对发生在桩、土界面上的破坏情况能做出较好的定性模拟,证明了用无厚度接触单元模拟桩、土间滑移、破坏是可行的。3、利用大型有限元分析软件ANSYS建立了桩-土相互作用的计算模型,利用该模型对接触单元的参数进行研究,得出参数取值的一般规律及其对桩土间的荷载传递,单桩沉降和承载力的影响。同时也讨论了桩、土性质对单桩沉降和承载力的影响。4、研究初始地应力场的实现及其对桩、土相互作用的影响。本文对考虑初始应力场及不考虑初始应力场的桩侧摩阻力分布,桩、土荷载传递、单桩沉降和承载力等做了对比分析,给出了初始地应力场对桩、土间相互作用计算的影响是不可忽略的这一结论。同时,将考虑桩、土间滑移接触效应时的计算结果与不考虑桩、土间滑移的计算结果进行了对比分析。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 桩土相互作用的研究现状和计算理论
• 1.3 桩-土-结构相互作用中接触问题的提出
• 1.3.1 接触问题的提出
• 1.3.2 接触问题研究的历史和现状
• 1.4 本文的主要研究工作
• 2 土与结构接触问题的力学机理
• 2.1 接触问题对不连续面的力学描述
• 2.1.1 接触面条件
• 2.1.2 离散化接触界面条件
• 2.2 接触问题的分析方法
• 2.3 接触问题的有限元计算方法
• 2.3.1 接触面单元研究现状
• 2.3.2 几种典型的接触单元
• 2.3.3 接触面本构模型
• 2.3.4 接触问题的弱形式
• 2.3.5 接触约束算法
• 2.4 本章小结
• 3 桩-土相互作用计算的有限元实现
• 3.1 ANSYS中接触问题的算法
• 3.2 ANSYS中的接触单元
• 3.3 接触面参数取值
• 3.3.1 法向接触刚度和切向接触刚度的取值
• 3.3.2 接触面摩擦系数的取值
• 3.4 材料的本构模型
• 3.4.1 桩体的本构模型
• 3.4.2 土体本构模型
• 3.5 本章小结
• 4 无厚度接触单元对桩土相互作用的算例分析
• 4.1 计算实例
• 4.1.1 模型的选取
• 4.1.2 有限元计算模型的建立
• 4.2 计算结果及分析
• 4.2.1 单桩荷载-沉降曲线
• 4.2.2 桩-土相对位移
• 4.3 本章小结
• 5 无厚度接触单元对桩-土相互作用的影响参数分析
• 5.1 单桩模型及相关参数
• 5.2 接触单元法向刚度对桩-土共同作用的影响
• 5.3 接触单元切向刚度对桩土共同作用的影响
• 5.4 摩擦系数对桩-土共同作用的影响
• 5.5 桩的特性对桩-土相互作用的影响
• 5.6 土的特性对桩-土相互作用的影响
• 5.6.1 土的压缩模量和泊松比对单桩沉降及承载力的影响
• 5.6.2 土的内摩擦角和粘聚力对单桩沉降及承载力的影响
• 5.7 初始地应力对桩-土相互作用的影响
• 5.8 未考虑相互作用时的单桩承载力
• 5.9 接触面状态随荷载的变化
• 5.10 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 对进一步研究的展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集