刚柔性桩复合地基非线性有限元分析

论文摘要

随着国民经济的快速发展,土木工程建设规模日益扩大,对地基基础提出了更高的要求,复合地基的形式也发生了较大的变化,许多新型的复合地基被应用到工程的设计和实践中去,其中刚柔性桩复合地基就是比较典型的一种新型复合地基形式。本文在分析研究国内外复合地基分析方法及其研究现状的基础上,采用Drucker-Prager屈服准则,利用ANSYS有限元软件,对刚柔性桩复合地基进行了有限元分析,主要研究内容如下:1.综述了复合地基的发展概况和基本理论,并回顾了刚柔性桩复合地基的研究状况。2.利用ANSYS有限元计算分析软件,采用Drucker-Prager弹塑性理论,对刚柔性桩复合地基进行了计算机模拟。所采用的单元类型为Solid45号八节点实体单元。桩按线弹性材料计算;土体和垫层为连续的弹塑性材料。3.研究了刚柔性桩复合地基的承载特性:探索了刚柔性桩复合地基中桩的荷载传递性状、附加应力分布情况等,并考察了刚柔性桩复合地基主要参数的变化对桩土荷载分担和复合地基沉降的影响。4.根据对模型计算结果的分析,得到如下结论:1)垫层厚度和模量对刚柔性桩复合地基沉降有明显影响。垫层厚度与刚柔性桩复合地基沉降呈现非线性关系;随着垫层模量的增加,刚柔性桩复合地基沉降有较为明显的降低。2)对于刚柔性桩复合地基中的刚性长桩,长桩桩顶轴向应力随荷载的增加不断增加。同一荷载下,有垫层的长桩桩顶轴向应力远小于无垫层的长桩桩顶轴向应力,而且随荷载的增加,两者之差增大。3)长桩变形模量的变化对刚柔性桩复合地基的影响不大。而长桩桩长的变化对刚柔性桩复合地基的影响较大。4)刚柔性桩复合地基沉降随着柔性短桩模量的增加而减少,短桩自身分担的荷载随着短桩变形模量的增大有所增加,而桩间土和长桩分担荷载相应的减小。5)土体的变形模量特别是刚性桩端土层的变形模量对地基沉降的影响比较明显。随着土体变形模量的增加,地基沉降减小。6)刚性长桩置换率对刚柔性桩复合地基的沉降影响明显,复合地基的沉降随着长桩置换率的下降而增大。长桩、短桩的轴向应力随着长桩置换率的下降而增大。短桩置换率对刚柔性桩复合地基的沉降影响很小,对长桩、短桩轴向应力都有一定的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合地基的概述
• 1.3 复合地基分类和特点
• 1.4 复合地基的作用
• 1.5 刚柔性长短桩复合地基
• 1.5.1 刚柔性长短桩复合地基的概念
• 1.5.2 刚柔性长短桩复合地基的研究现状
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 有限单元法及 ANSYS 软件介绍
• 2.1 有限单元法
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 有限元法的基本原理
• 2.1.3 有限元的基本思路和解题步骤
• 2.1.4 等参数单元的选择和位移函数
• 2.2 土体本构模型
• 2.2.1 土体本构方程
• 2.2.2 土的弹塑性模型
• 2.3 ANSYS 软件介绍
• 第三章 刚柔性复合地基性状的非线性有限元分析
• 3.1 计算模型
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 参数选择
• 3.1.3 网格划分以及位移边界条件
• 3.1.4 加载原则
• 3.2 复合地基模型计算结果及分析
• 3.2.1 垫层厚度的影响
• 3.2.1.1 垫层厚度对复合地基沉降的影响
• 3.2.1.2 垫层对桩轴向应力的影响
• 3.2.1.3 垫层厚度对桩最大轴向应力及位置的影响
• 3.2.2 垫层模量的影响
• 3.2.3 荷载变化的影响
• 3.2.3.1 荷载变化对有垫层、无垫层沉降的影响
• 3.2.3.2 荷载变化对有垫层、无垫层的长桩桩顶轴向应力的影响
• 3.2.3.3 荷载变化对桩轴向应力分布的影响
• 3.2.4 长桩变化对复合地基特性的影响
• 3.2.4.1 长桩的变形模量对复合地基特性的影响
• 3.2.4.2 长桩的桩长对复合地基特性的影响
• 3.2.5 短桩变化对复合地基特性的影响
• 3.2.5.1 短桩的变形模量对复合地基特性的影响
• 3.2.5.2 短桩的桩长对复合地基特性的影响
• 3.2.6 地基土体变化对复合地基特性的影响
• 3.2.7 长桩置换率对复合地基特性的影响
• 3.2.8 短桩置换率对复合地基特性的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录