吸入式组合桩在水平和竖向拉力作用下的有限元分析

发布时间：2017-05-11 21:00

  本文关键词：吸入式组合桩在水平和竖向拉力作用下的有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着海洋油气开发和海上风力发电的日益兴起,海洋工程开始得到迅速发展,海洋开发也由近海开始逐渐向深海推进,随之而来的是深海各种地基给施工带来了巨大的挑战。在深海中,各种新型的浮式结构投入使用,与浅海平台所产生的以竖直向下的荷载为主相比,浮式结构产生的是上拔荷载和水平荷载。因此,传统的以受压为主的桩基将面临新的挑战。近年来,吸入式桩作为一种经济有效的海洋结构物基础形式受到广泛关注,相对于传统的重力式基础和钢管桩基础,吸入式桩适用于深海软粘土和砂土,同时能够节省钢材的用量、造价低、工期短和可以重复使用等优点,这些特性使其具有更广阔的发展空间。吸入式组合桩是由多个吸入式单桩组合而成,兼有吸入式单桩的优点外,同时还具有调节精度更高和更加稳固的优点。目前,针对不同荷载共同作用下吸入式组合桩的稳定性和受力特性研究及其理论分析等方面仍处于探索阶段。因此,对于吸入式组合桩基础在不同荷载共同作用下的变形机理及承载特性开展深入而具体的理论分析和数值计算具有重要的科学意义和工程实用价值。本文采用大型有限元软件ABAQUS进行三维非线性数值分析,采用位移控制的方法,分别对均质软粘土地基中吸入式组合桩在不同加载模式下的破坏机制和承载特性进行了数值模拟。研究结果表明:(1)在竖向上拔荷载作用下的吸入式组合桩,长径比越大,桩被拔出时被带出的土塞位移越大;不同桩间距的吸入式组合桩带出的土塞位移相同。(2)在水平拉力荷载作用下,随着锚系位置的改变,吸入式组合桩会发生前倾转动破坏、平移滑动破坏和后仰转动破坏三种不同的失稳破坏模式。(3)长径比越大,吸入式组合桩的抗拔极限承载力和水平承载力都会增大;桩间距越大,吸入式组合桩的水平承载力都会增大,但是抗拔极限承载力不变。(4)随着长径比的增大,吸入式组合桩竖向和水平荷载下的破坏包络线呈向外扩张的趋势,表明吸入式组合桩的极限承载力提高;对比不同桩间距的吸入式组合桩的破坏包络线,只有当ω45°时,包络线才会向外扩张,因此当ω45°时承载力的才会提升;当ω45°时,承载力的提升很小。(5)在同一荷载作用条件下,3种长径比和3种桩间距的吸入式组合桩的水平承载力总是最大,荷载作用角度与水平方向夹角为0°时是吸入式组合桩的最佳荷载作用角度。(6)随着长径比的增大,吸入式组合桩的最佳荷载作用点位置会发生上移;随着桩间距的增大,吸入式组合桩的最佳荷载作用点位置不会发生改变。吸入式组合桩水平极限承载力达到最大时,吸入式组合桩的位移接近于平移。
【关键词】：吸入式组合桩 有限元法 承载能力 破坏机制 破坏包络线
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 吸入式桩概况12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 模型试验研究13-15
• 1.3.2 数值模拟计算研究15-17
• 1.4 论文的研究目的和主要内容17-20
• 1.4.1 研究目的17-18
• 1.4.2 研究内容18-20
• 第二章 吸入式组合桩有限元模型分析20-34
• 2.1 计算方法与数值实现20-24
• 2.1.1 ABAQUS简介20-22
• 2.1.2 材料非线性问题的求解方法22-23
• 2.1.3 接触非线性问题的求解方法23-24
• 2.2 吸入式组合桩有限元模型24-31
• 2.2.1 计算模型与计算区域的确定24-26
• 2.2.2 地基土体变形的本构模型26-29
• 2.2.3 桩土接触相互作用29
• 2.2.4 计算参数的选择29-30
• 2.2.5 网格划分与设置30-31
• 2.3 初始地应力设置31-32
• 2.4 承载力确定32-33
• 2.5 小结33-34
• 第三章 吸入式组合桩极限承载力的有限元模拟计算34-52
• 3.1 吸入式组合桩的破坏机制34-43
• 3.1.1 竖向上拔荷载作用下吸入式组合桩的破坏机制34-38
• 3.1.2 水平荷载作用下吸入式组合桩的破坏机制38-43
• 3.2 吸入式组合桩极限承载力的有限元分析43-47
• 3.2.1 吸入式组合桩的竖向抗拔极限承载力43-45
• 3.2.2 吸入式组合桩的水平极限承载力45-47
• 3.3 吸入式组合桩的破坏包络线特征47-49
• 3.4 小结49-52
• 第四章 荷载作用点和角度吸入式组合桩承载力与变形的影响52-66
• 4.1 荷载作用角度对吸入式组合桩极限承载力的影响53-58
• 4.2 荷载作用点对吸入式组合桩极限承载力的影响58-64
• 4.3 小结64-66
• 第五章 结论与展望66-70
• 5.1 主要结论66-68
• 5.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

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本文编号：358023