车辆移动荷载作用下基坑支护桩—土相互作用研究

论文摘要

车辆移动荷载对桩-土相互作用的影响目前尚属于起步阶段,而在城市深基坑建设中,人们对临近基坑车辆移动荷载作用下基坑中支护桩与土间的相互作用情况的关注还尚属空白,本文通过理论研究与ANSYS软件模拟,对车辆移动荷载作用下基坑中悬臂单桩-土间相互作用进行了研究。主要分为以下几个方面：本文通过车辆荷载特征的分析及对不同自由度车辆动态模型的探讨,确定了车辆轮胎与道路地面接触的轨迹形状极其计算公式,同时选择双自由度四分之一车辆模型进行分析：并给出了综合考虑各方面影响因素的车辆荷载数学表达式；最终确定以四个相同的移动半正弦波矩形均布荷载来描述ANSYS分析中车辆的四个车轮所施加的荷载。本文通过对土体材料非线性特性的分析,对当前描述结构周围土体的数值分析本构模型进行了综述；最后根据各土体模型优缺点及模拟需要,以非线性弹-理想塑性土体本构模型——Drucker-Prager模型作为ANSYS模拟中的土体材料模型。本文通过对实际中结构与土相互作用的特征的分析及对桩-土相互作用接触面的数值模拟的发展与研究情况的概述,对无厚度接触面单元与有厚度接触面单元的理论基础及其适用性进行了探讨；最后选择了适合ANSYS结构分析的“广义”的无厚度Goodman接触面单元进行了介绍,并对两个接触面单元之间的法向关系与切向关系进行了分析,指出实现接触协调条件是选择恰当的接触面单元的关键。本文利用ANSYS对车辆移动荷载下基坑中悬臂支护单桩与土体相互作用情况进行了模拟,并分别对基坑开挖前后车辆移动荷载的影响、开挖后车速的影响、开挖后车辆振动角频率的影响进行了对比分析。结果表明：基坑开挖后比开挖前车辆移动荷载的影响更为明显,车辆行驶速度比车辆振动角频率的影响更为明显,车辆移动荷载对于沉降的影响大于对于向基坑内位移的影响远大于对于沿车辆行驶方向位移的影响,车辆移动荷载对于沿车辆行驶方向位移的扰动大于对于向基坑内位移的扰动大于对沉降的扰动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出与意义
• 1.2 本文的研究内容
• 1.3 国内外关于荷载作用下桩-土相互作用研究现状
• 1.4 本文的创新点及研究思路
• 第2章 车辆荷载的研究及其加载方式
• 2.1 车辆荷载研究现状
• 2.1.1 频域法
• 2.1.2 时域法
• 2.1.3 基于神经网络的方法
• 2.1.4 时间有限元法
• 2.2 车辆模型的建立
• 2.2.1 车辆荷载特征分类
• 2.2.2 车辆荷载的作用模式
• 2.3 车辆模型的选择及加载方式
• 2.3.1 车辆模型的选择
• 2.3.2 车辆的加载方式
• 2.4 本章小结
• 第3章 土体模型的研究
• 3.1 岩土工程中土体材料特性
• 3.2 土体本构模型综述
• 3.2.1 弹性类模型
• 3.2.2 硬化类弹塑性模型
• 3.2.3 弹-理想塑性模型
• 3.3 ANSYS有限元分析中土体本构模型的选取
• 3.4 本章小结
• 第4章 桩-土相互作用接触面的数值模拟
• 4.1 桩-土相互作用领域相关研究的发展现状
• 4.1.1 试验法
• 4.1.2 理论分析法
• 4.2 桩-土接触面数值模拟简介
• 4.3 常用接触面单元简介
• 4.3.1 无厚度接触面单元
• 4.3.2 有厚度接触面单元
• 4.4 接触面单元的选择
• 4.5 本章小结
• 第5章 ANSYS对移动荷载作用下基坑支护单桩-土相互作用的模拟
• 5.1 ANSYS11.0有限元分析软件简介
• 5.2 有限元分析模拟的实现
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 各部分单元及材料特性的选取
• 5.2.3 模型网格的划分与边界的建立
• 5.2.4 分析方法的确定
• 5.3 ANSYS模拟结果分析
• 5.3.1 移动荷载在基坑开挖前后对桩-土相互作用的影响分析
• 5.3.2 车辆振动角频率对基坑中单桩与土相互作用的影响分析
• 5.3.3 车辆行驶速度对基坑中单桩与土相互作用的影响分析
• 5.3.4 基坑开挖后车辆移动荷载对桩顶与桩底及其附近土体影响分析
• 5.3.5 基坑开挖后车辆移动荷载对桩及其周围土体整体影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作与结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文