基于简化有限元法的动力群桩—土相互作用效应实现

发布时间：2018-03-11 12:38

本文选题：桩-土动力相互作用　切入点：阻抗函数　出处：《湖南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近30年来,桩基础的计算和分析有了较大的进展,在国际桩基技术的带动和工程实际应用的影响下,我国在桩基础的研究方面发展迅速。桩基础由于其承载力高、沉降小,并且能够适用于各种复杂地质的条件,已被广泛应用于工业与民用建筑、道路桥梁工程、水利水电工程、机场车站、港口码头、海上平台等各个领域。目前,国内外对于单桩的研究理论相对而言比较成熟,而由于动力群桩-土体系相互作用问题的复杂性及实用性,故对于群桩-土体系的研究更具实用价值和意义。在群桩-土动力相互作用的研究过程中主要是基于动力相互作用系数的基础上,对群桩-土体系水平动阻抗的研究。本文提出了一种将有限元法应用于桩-土相互作用中的简化方法。通过建立不同的简化有限元法的动力群桩-土体系相互作用模型,运用APDL语言编制了不同简化有限元模型程序,并通过计算得出简化有限元模型在频域荷载作用下的动力响应特性,并与基于Gazetas-Dobry理论的简化法计算模型进行分析得到的结果进行对比,验证该简化有限元法的正确性及适用性,为桩-土-桩的动力相互作用分析提供一种新的理论方法途径。其主要的研究工作如下:(1)介绍了课题的来源、意义以及国内外开展土-结构共同作用研究的现状,通过对大量相关文献的概述总结,论述了已有研究成果的局限性及优缺点;(2)介绍了几种求取单桩水平阻抗函数的简化计算方法以及群桩动力相互作用因子和水平阻抗函数的简化计算方法,推导了单桩及群桩在水平荷载作用下的水平阻抗函数的简化计算公式;(3)针对常见的有限元桩-土体系动力相互作用的模型节点数量巨大,解题规模偏大以及计算效率偏低的情形,本文通过上述推导出的简化计算公式提出了一种可用于群桩-土体系动力分析的简化有限元法并运用ANSYS分析软件编制APDL语言程序,建立2桩、4桩及9桩的简化有限元模型,其中,桩基由梁单元进行模拟,土体由弹阻单元来模拟;(4)对简化有限元模型进行模态分析确定所建立的各简化有限元模型振动特性,得到各简化有限元模型的频率响应和振型曲线,然后对建立的2桩、4桩及9桩简化有限元模型进行频域荷载下的动力响应分析,得到其对应的水平阻抗函数,并在此基础上,与基于Gazetas-Dobry理论建立的简化法计算模型进行分析得到的结果进行对比,验证该简化有限元法的正确性及适用性;(5)通过改变各简化有限元模型的桩径、桩间距及桩土刚度的大小来模拟桩-土-桩系统的动力相互作用,求取桩间动力相互作用因子及水平阻抗函数的大小。将计算得到的结果与相应简化法得到的结果进行对比,对简化有限元法能够解决桩土相互作用问题的实现提供计算依据,并为简化有限元法解决实际工程应用分析问题奠定理论基础;(6)运用简化有限元法对建立的多个以接近工程实际的复杂各型群桩模型进行动荷载分析,通过改变桩间距、桩径的大小及桩土刚度的大小,来模拟不同桩间距、不同桩径及不同土质对群桩动力相互作用的影响,模拟计算群桩基础在软质土、中性土以及硬质土的环境条件下的动力相应结果。结果表明该简化有限元法应用于桩-土工程实际的分析是有相当的可行性及实用性。
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【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU435

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