预应力抗拔灌注桩的弹塑性分析

论文摘要

利用地下空间的建筑结构以及地下水位较浅的建筑的基础在设计时都要考虑其抗拔（浮）作用，目前这类建筑一般都采用桩基这种基础形式来抵抗上拔（浮）作用。预应力抗拔桩是一种新型抗拔桩，设计目标是通过预应力作用使桩体产生抗拔力，减小桩身拉应力作用，阻止裂缝发展，在保证桩身承载力前提下减少钢筋用量，降低工程造价。本文介绍了预应力抗拔灌注桩的研究意义，阐述了其设计要点及施工技术，并对其有限元分析原理进行了研究。同时运用ANSYS软件对预应力抗拔灌注桩单桩进行有限元模拟，分析了在竖向静载作用下单桩的工作性状及桩-土动力相互作用。在进行分析时，引入钢筋混凝土材料非线性本构关系、预应力钢筋非线性本构关系、土体的弹塑性本构关系、桩-土界面非线性接触关系，使模型更符合桩基工作性状实况。通过计算分析，分别得出预应力抗拔灌注桩在竖向静载作用下荷载-沉降关系曲线、轴力变化曲线和侧摩阻力变化曲线；并分别对非预应力抗拔灌注桩和预应力抗拔灌注桩的轴力及桩侧摩阻力进行了比较，最后总结了预应力作用对桩的抗拔性能的影响。本项目的完成将为预应力抗拔灌注桩的设计、应用、推广提供理论、试验依据，提高其施工的操作性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 桩基础概述
• 1-2-1 桩基础的概念
• 1-2-2 桩的分类
• 1-2-3 桩型选择依据
• 1-2-4 桩基性能特点
• 1-2-5 桩基础的应用范围
• 1-2-6 桩基础发展动向
• §1-3 抗拔桩研究现状及其力学特点
• 1-3-1 抗拔桩研究现状
• 1-3-2 抗拔桩的承载力研究现状
• 1-3-3 抗拔桩弹塑性分析的发展历程及研究现状
• 1-3-4 抗拔桩发展中需要解决的问题
• §1-4 本文研究主要内容
• §1-5 本章小结
• 第二章 预应力抗拔灌注桩设计施工技术
• §2-1 工程简介
• §2-2 预应力抗拔桩设计
• 2-2-1 抗拔桩的抗拔承载力
• 2-2-2 桩身设计
• §2-3 预应力抗拔桩施工
• 2-3-1 预应力的节点构造
• 2-3-2 预应力抗拔灌注桩的施工要点
• §2-4 本章小结
• 第三章 预应力抗拔灌注桩有限元分析原理
• §3-1 有限元法简介
• §3-2 有限元法的实现
• 3-2-1 结构离散化桩身设计
• 3-2-2 形函数选择
• 3-2-3 建立单元应力与节点位移关系
• 3-2-4 建立单元节点应力与节点位移关系式
• 3-2-5 建立平衡方程
• 3-2-6 求解未知量
• §3-3 竖向荷载作用下桩-土有限元分析
• 3-3-1 桩身及桩周土体有限元数学模型
• 3-3-2 桩-土接触面有限元数学模型
• §3-4 运动方程及桩土动力模型
• 3-4-1 动力方程
• 3-4-2 桩-土动力有限元模型
• §3-5 预应力混凝土有限元分析
• 3-5-1 预应力混凝土概念
• 3-5-2 预应力钢筋有限元模型
• 3-5-3 预应力混凝土分析方法
• 3-5-4 预应力模拟方法[45-46]
• §3-6 本章小结
• 第四章 竖向荷载作用下预应力抗拔灌注桩有限元分析
• §4-1 大型有限元软件ANSYS 简介
• 4-1-1 ANSYS 结构分析功能
• 4-1-2 有限元建模方法
• 4-1-3 有限元单元类型
• 4-1-4 有限元网格划分
• 4-1-5 加载求解
• 4-1-6 后处理分析
• 4-1-7 关于ANSYS 计算精度和收敛的问题
• §4-2 预应力抗拔灌注桩模型的建立
• 4-2-1 有限元模型的简化与假设
• 4-2-2 模型计算参数的确定
• 4-2-3 建立实体模型
• §4-3 有限元计算结果分析
• 4-3-1 荷载传递机理
• 4-3-2 预应力单独作用下抗拔桩受力分析
• 4-3-3 荷载位移分析
• 4-3-4 桩身轴向应力分析
• 4-3-5 桩侧阻力发挥性状分析
• 4-3-6 预应力抗拔桩桩身裂缝
• 4-3-7 预应力桩与普通桩桩内力对比分析
• §4-4 本章小结
• 第五章 结论及建议
• §5-1 结论
• §5-2 进一步研究工作建议
• 参考文献
• 附录 模型建立源程序
• 致谢