基于锁口摩擦的钢板桩基坑支护数值模拟分析

发布时间：2017-07-15 17:28

  本文关键词：基于锁口摩擦的钢板桩基坑支护数值模拟分析

  更多相关文章： 钢板桩 刚度折减效应 锁口 有限元分析 本构模型

【摘要】：作为一种新型柔性支护结构,钢板桩在基坑支护、桥梁围堰、河道护岸及防洪、港口码头等实际工程中得到广泛应用,它具有质量轻、强度高、耐久性强、水密性好、施工效率高、环保、可循环利用等独特优势。钢板桩支护结构主要通过沿桩身方向的锁口联结成为一种整体结构的挡墙,主要承受作用于桩墙上的水土压力等荷载。然而,国内外研究发现对于实际工程应用最为广泛的U型钢板桩存在刚度折减效应,关于钢板桩基坑支护的工作机理、桩-土间作用规律仍未彻底解决,钢板桩支护的设计理论和计算方法在目前还处于半理论半经验的待成熟阶段,因此有待开展深入且系统的理论分析与数值计算等方面的研究,进一步完善钢板桩支护结构的工程实用设计理论。一方面,钢板桩锁口间摩擦特性的不同直接影响锁口间的剪力传递状态,从而导致桩墙刚度折减效应的产生,使得支护结构设计时钢板桩的内力和变形计算结果难以准确。另一方面,随着城市地下空间的开发和利用,钢板桩支护结构逐渐取代部分传统的支护形式,其工作机理、荷载的传递规律、支护结构的变形和基坑失稳机制等尚不十分清楚,有待进一步探索。为此,本文围绕钢板桩支护结构因锁口摩擦特性引起的刚度折减效应及其工作机理、支护结构的内力和变形规律、基坑的稳定性等方面进行研究,论文的主要研究内容如下:1.分析钢板桩在实际工程中的特性,指出实际工程中钢板桩锁口润滑及防渗措施对锁口间摩擦特性的影响,以及锁口摩擦引起剪力传递状态的改变,从而产生刚度折减效应。2.阐述ABAQUS软件在岩土工程中的应用,介绍两种常用土体的本构模型:摩尔-库伦模型和邓肯模型,并对比分析其适用性。3.基于钢板桩挡墙刚度折减效应和钢板桩基坑支护理论以及有限元数值分析方法,结合经典基坑支护算例,着重研究因锁口摩擦特性引起的桩墙刚度折减效应对钢板桩支护结构体系安全可靠性的影响程度,探究钢板桩基坑支护结构的内力和变形规律以及基坑的稳定性变化过程。4.通过ABAQUS有限元软件对姑溪湾商业广场地下车库的基坑支护工程进行数值模拟,与现场监测数据对比分析,验证有限元模拟方法的合理性,并为类似支护工程设计提供参考。
【关键词】：钢板桩 刚度折减效应 锁口 有限元分析 本构模型
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU753.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 钢板桩支护概述10-13
• 1.1.1 钢板桩简介10-12
• 1.1.2 钢板桩支护在基坑工程中的应用12-13
• 1.2 国内外钢板桩支护研究现状及发展趋势13-20
• 1.2.1 国外研究概况及发展趋势13-15
• 1.2.2 国内研究概况及发展趋势15-17
• 1.2.3 钢板桩锁口摩擦接触特性17-18
• 1.2.4 钢板桩基坑支护的变形分析18-20
• 1.3 存在的主要问题及待解决的关键技术问题20-21
• 1.3.1 钢板桩基坑支护设计中存在的主要问题20-21
• 1.3.2 待解决的关键技术问题21
• 1.4 研究方法和主要研究内容21-22
• 第二章 钢板桩支护结构的特性分析22-31
• 2.1 钢板桩支护结构的构成22
• 2.2 钢板桩支护的特性概述22-23
• 2.3 钢板桩的主要设计参数23-24
• 2.4 钢板桩支护的工程特性24-30
• 2.4.1 钢板桩锁口处理措施24-25
• 2.4.2 钢板桩挡墙的力学特性25-27
• 2.4.3 锁口摩擦接触对桩墙刚度的影响27-28
• 2.4.4 中性轴位置对桩墙刚度的影响28-29
• 2.4.5 锁口摩擦接触参数29-30
• 2.5 钢板桩支护结构的破坏形式30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 钢板桩基坑支护的数值模拟分析31-69
• 3.1 有限元理论与ABAQUS软件简介31-32
• 3.1.1 有限元法基本理论31-32
• 3.1.2 ABAQUS有限元软件的简介32
• 3.2 ABAQUS在岩土工程中的应用32-39
• 3.2.1 初始地应力平衡32-33
• 3.2.2 钢板桩材料的本构关系33
• 3.2.3 土的本构关系33-37
• 3.2.4 接触理论及算法37-39
• 3.3 钢板桩支护有限元模型的建立39-46
• 3.3.1 几何模型的建立39-43
• 3.3.2 材料的本构模型43
• 3.3.3 边界条件与荷载设置43-44
• 3.3.4 接触模型定义44-45
• 3.3.5 单元类型和网格划分45
• 3.3.6 非线性方程求解过程45-46
• 3.4 钢板桩挡墙的数值模拟结果分析46-68
• 3.4.1 钢板桩挡墙的数值模拟结果分析46-57
• 3.4.2 钢板桩基坑支护模拟结果分析57-68
• 3.5 本章小结68-69
• 第四章 工程实例与有限元分析69-91
• 4.1 工程概况69-71
• 4.1.1 工程地质条件69-71
• 4.1.2 水文地质条件71
• 4.2 支护方案的比选分析71-72
• 4.3 支护结构的计算分析72-76
• 4.3.1 内力和位移分析73-74
• 4.3.2 地表沉降计算分析74-75
• 4.3.3 截面抗弯计算75
• 4.3.4 支护稳定计算75-76
• 4.4 基坑监测的布置76
• 4.5 钢板桩支护的有限元建模76-79
• 4.5.1 钢板桩基坑支护的建模77
• 4.5.2 网格划分与边界条件77-78
• 4.5.3 非线性分析过程78-79
• 4.6 有限元模拟结果分析79-90
• 4.6.1 钢板桩挡墙内力和位移分析79-80
• 4.6.2 基坑支护的数值模拟结果分析80-83
• 4.6.3 数值模拟结果验证83-84
• 4.6.4 考虑桩顶设置支撑时对比分析84-86
• 4.6.5 考虑锁口生锈并不作处理时86-88
• 4.6.6 三者对比分析88-90
• 4.7 本章小结90-91
• 第五章 结论与展望91-93
• 5.1 结论91
• 5.2 展望91-93
• 参考文献93-97
• 攻读硕士研究生期间发表论文97-98
• 致谢98

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