刚性桩复合地基水平荷载下三维数值分析

论文摘要

刚性桩复合地基是采用刚度较大的混凝土桩或高标号CFG桩等作为竖向增强体的一种人工地基。通过设置褥垫层,使桩和桩间土之间的应力分别达到调节和平衡,减少了基底的应力集中,并为充分利用桩间土的潜力,节省工程造价提供了有利手段,目前已经得到广泛应用。目前刚性桩复合地基的理论研究还很不系统,数值分析方法是一个比较有效的途径,目前对于刚性桩复合地基的数值分析方法大多集中在平面应变假定下的二维平面分析以及单桩下的简单三维分析。对于三维非线性的研究,由于建模比较麻烦、计算时间长、不容易收敛等原因,研究的资料不多。本文以有限元分析软件ANSYS为工具,通过建立刚性桩复合地基三维非线性单桩有限元模型,对水平荷载作用下刚性桩复合地基的水平承载力特性做了分析。研究表明：（1）在刚性桩复合地基中,由于褥垫层的存在,可以大大提高其桩基的水平承载能力。（2）褥垫层的厚度直接影响着刚性桩复合地基的水平承载力特性,过大或过小的褥垫层厚度都会增大刚性桩的弯矩和挠度,不利于桩基的安全,应合理选择褥垫层的厚度,从本文计算中可得,褥垫层的厚度宜取200-300 mm为宜。（3）水平荷载作用下可能产生最大拉应变的位置只与桩长有关,而与其他因素无关,因此确切地说,可能产生最大拉应变是在0.175L（L为桩长）处。（4）水平荷载对于桩体位移的影响,在0.175L以上比较大,在0.175L以下比较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 选题研究现状
• 1.2.1 现场试验研究
• 1.2.2 解析理论研究
• 1. 利用桩土沉降协调关系联立方程进行求解
• 2. 利用桩顶对垫层的刺入关系分析桩土承载性状
• 3. 其它对复合地基承载力及沉降设计方法进行的理论研究
• 1.2.3 数值模拟研究
• 1.3 论文研究内容和研究思路
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文研究思路
• 第2章 有限元法基本原理
• 2.1 有限元法的发展概况
• 2.2 有限元法的基本思想
• 2.3 有限元法的解题步骤
• 2.4 虚位移原理
• 2.5 有限元基本方程
• 2.6 空间8节点等参数单元
• 2.7 Drucker-Prager（D-P）模型
• 2.7.1 一般本构方程的表达式
• 2.7.2 D-P模型
• 2.8 ANSYS软件简介
• 第3章 有限元分析的模型设计
• 3.1 基本假设
• 3.2 创建几何模型
• 3.3 定义材料属性
• 3.4 定义单元类型
• 3.5 划分单元网格
• 3.6 消除初始自重沉降影响的验证
• 3.7 本章小结
• 第4章 数值模拟结果分析
• 4.1 刚性桩复合地基水平承载力
• 4.1.1 桩身弯矩和挠度分布规律
• 4.1.2 褥垫层厚度对水平承载力特性的影响
• 4.2 桩体内的应变变化规律
• 4.2.1 对最大应变位置的影响
• 4.2.2 对最大应变数值的影响
• 4.2.3 桩体内水平位移场的分布规律
• 4.3 本章小结
• 1. 刚性桩复合地基水平承载力特性
• 2. 桩体内的应变变化规律
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论与工程建议
• 1. 刚性桩复合地基水平承载力特性
• 2. 桩体内的应变变化规律
• 5.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢