《水平荷载作用下鳍桩的承载性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
＇单位代码：１０巧９ＴＵ４７３＋１分类号：．１１：２０１２１１０化５学号密级．公井．．＇‘．－？．；，冬化Ａ令乂净ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ硕±学位论文Ｍ乂ＳＴＥＲＤＥＧＲＥＥＴＨＥＳＩＳ论义题ｌｉ：水平荷载作用下靖巧的承载性能分析学历硕±学科专化：Ｔ躬鄉（ｉ域）防巧巧巧与防护工程作者姓名：徐怡宁王建国教授兀成賴：２０１５年２月 单位代码：密级：公丑１０８５５：ＴＵ４７３学号：２０１２１分类号．１＋１冬？化Ａ令义净ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＳｍＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ论文题目：氷平荷载作用下缝粧的承裁性能分析学位类别：学历硕±专业名称：防灾减灾与防护工程作者姓名：徐怡宁导师姓名：王建国教授完成时间２０１５－２－２７： 合赃工业大学学历硕±学位论文水平荷载作用下鑛粧的承载力性能分析作者姓名：徐怡宁指导教师；王建国教授学科专业：防灾减灾及防护工程研巧方向：工程结构抗震抗风与消能减振２０１５年２月 ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｉｎｉｌｅｓｕｎｄｅｒｌａ化ｒａｌｌｏａｄｓｐ巧ＸｕＹｉｎｉｎｇＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙＨｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ，Ｐ？民．ＣｈｉｎａＦｅｂｒｕａｒ２０１５ｙ， 合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学学历硕±学位论文质量要求。答辩委员会签名（工作单位、职称、姓名）主席：冷新教输遷娘成委员：钟已２八寺／訂声知导师Ｉ 学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行独立研究工作所取得的成果。据我所知，除了文中特别加ＵＵ示注和致谢的内容外，论文中不包舍其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文成果做出贡献的个人和集体，本人已在论文中作了明确的说明，并表示谢意。学位论文中表达的观点纯属作者本人观点，与合肥工业大学无关。；处日学位论文作者签名：＾中签名日期年４月学位论文版权使用授权书本学仿论义作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：除保密期内的涉密学位论文外，学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子光盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权合肥工业大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库，允许采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）為学位论文作者签名；絳守指导教师签名；签名日期：如Ｋ年４月如日签名日期：必化年４月％日论文作者毕业去向寺表工作单位；－ｍａＥｉｌ联系电话：：通讯地址：邮政编码：ＩＩ 致谢Ｈ年的时间转瞬即逝，在合肥工业大学的研巧生生活即将画上句号了。在论文完成之际，我由衷的感谢导师王建国教授在论文写作过程当中给予我的悉也指导，让我可Ｗ顺利地完成研究生学业。在这Ｈ年的学习过程中，王建国老师耐也地教导我，在我遇到困难时给我提出宝贵的意见，细也地培育我；在我遇到困惑时给我指明研巧的方向，让我满怀一不断增长的学识和信也路前行。从进校之初，老师就鼓励我学习Ａ肥化软件，教导我要勤学多问，遇到不懂的地方不要轻言放弃，而是通过查阅大量资料去解决问题。研二阶段，在老师的指导下，我选定了论文的研巧课题，在写作期间，经常和老师探讨研巧中的问题，老师每次都非常细也地给我讲解和分析，让我对于论文谋题从最初的半知半解到后来能够深入理解问题的实质。除了传授给我很多专业知识，王老师也时时教导我在生活中为人处事的道理。天涯海角有尽处，只有师恩无穷期。感谢您，王老师。感谢张鸣祥老师、、方飞博±汪权老师、康小方博±、庄嘉雷等师兄弟在学习上、生活上对我的无私帮助和关也。每当我遇到难题，他们都会耐也地给我解答，并把他们积累的经验毫无保留地分享给我。感谢父母的养育之恩和多年对我的鼓励和支持，没有你们的辛勤付出，就没有我现在的成绩，，取得更加优异的成绩我只有不断地努力奋进，才能够报答父母的恩情。最后，感谢参加评审论文和参加论文答辩的各位专家和老师，你们的建议将一是我进步工作的重要指导！作者；徐怡宁２０１５年２月；２６日Ｉ 摘要随着经济技术的高速发展，资源短缺和环境间题日益突显，如何高效的利用有限的资源和空间成为人们关注的焦点，对于建筑工程师们，这样的问题同样被他们所思考。现在，建筑高度不断增加，结构设计师对于建筑地基基础提出了更＇。高的要求，粧基础由于其优异的承载性能被建筑业广泛应用近年来，近海风电产业迅速蝴起，由于海上风电场复杂的环境因素使得单植的建设条件和荷载条件更加复杂，对于植基础设计的研究重点也从竖向承载为的控制过渡到有效控制枯＂基础的水平位移，为了有效的抵抗水平推力，采用在粧侧加鶴片的方法，即鐘＂粧。作为海上风电的新型柱基础，其自重较构造简单，且粧侧獲片能够明显提高其水平承载能力，因此錐粧具有重要的推广和发展的意义。针对海上风机粧基础的受力特性，有必要对水平荷载作用下大直径薄壁钢管館巧结构进行深入而系统的理论分析和数值分析的研巧，将为我国近海风电场的基础结构设计提供理论依据和技术储备。为此本文运用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ对水平荷载作用下館粧的承载力特性进行了比较深入的研究。本文主要从几个方面进行研究：±体采用服从Ｄｋ－（１）基于大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ，ｍｃｅｒＰｒａｇｅｒ屈服准一则的完全弹塑性本构模型，，粧体和韓片用壳单元模拟来代替实体粧通过建立３Ｄ。个系统的有限元模型，对受到水平荷载作用的錯粧基础进行分析一２Ｐ－Ｙ曲（）文章分析了在极限荷载作用下鶴植（单植）的线变化（荷载巧顶位移曲线），考虑了饒长，錐宽，枉长和植径，从及罐片位置和加载方向等多组。变动参数对于鐘枯水平承载能力的影响并同时探讨了在不同水平荷载作用下，±体弹性模量，±体泊松比，王体摩擦角，±体粘聚力等影响因素下，鐘巧和裸巧沿着植身的位移和弯矩分布规律。得出了鶴粧相较于裸粧在抵抗水平承载力方向上有湿著提高，并且不同的影响因素对于鶴巧水平荷载能力影响的程度大小不。同，其中饒长对于其影响程度较大一（３）由于在实际工程中，海上风电基础般都是Ｗ群巧的形式出现的，因此文章还分析了１Ｘ２群粧结构体系在水平荷载作用下的受力机理，重点对比了植长、粧间距。：前粧效率均大于后粧效（＾及±体摩擦角对于群枯效率的影响结果显示一，且増大鑽粧间距能够有效的提高了群粧的效率率，植长在定范围内对于群植一效率的提高效果比较明显，但是增大到定程度后，提升效果不明远。－±体模型：ＤｍｃｋｅｒＰｒａｅｒ关键词鐘拡水平荷觀ｇ；有限元分化群粧效率ＩＩ ＡＢＳＴＲＡＣＴｔｔｈ－Ｗｉｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｃｏ打ｏｍｙａｎｄ化ｃｈｎｏｌｏｇｙｓｈｏｒｔａｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｇａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｏｂｌｅｍｓｈｉｈｌｉｈｔｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｌｈｏｗｔｏｅｆｉｃｉｅｎｔｕｓｅｏｆｌｉｍｋｅｄｐｇｇｇｙ，ｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｐａｃｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｏｒｂｕｉｌｄｉｎｅｎｉｎｅｅｒｓｔｈｉｓｒｏｂｌｅｍ，ｇｇ，ｐｔｔｉｓａｌｓｏｗｈａｔｔｈｅｔｈｉｎｋ．Ｎｏｗｉｎｃｒｅａｓｉｎｔｈｅｈｅｉｈｏｆｈｅｂｕｉｌｄｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｎｅｒｓｙ，ｇ呂ｇ，ｇｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ也ｅｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｅｓｔＵｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎＣＯ打ｓｔｒｕｃｔｉｏ打ｗｉｄｅｌｕｓｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓ，ｐｙｅｘｃｅ－ｌｌｅｎｔｌｏａｄｂｅａｒｉｎｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｅａｒｓｔｈｅｒａｉｄｒｉｓｅｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｇｐｙ，ｐｏｗｅｒｉｎｄｕｓｔｒｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｌｉｃａｔｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｍａｋｅｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｐｙ，ｐｆａｒｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣＯ打ｄｉｔｉｏ打ｓａｎｄｌｏａｄＣＯ打ｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｉｎｇｌｅｐｉｌｅｉｓｍｏ化ｃｏｍｐｌｅｘ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｉｓｆｒｏｍｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏ打ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｏｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌ化ｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉ打ｏｒｄｅｒｔｏ，＂，，ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｉｓｔｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｔｈｒｕｓｔａｄｏｔｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆｉｎｓｉｎｉｌｅｎａｍｅｌ员ｎｉｌｅ．，ｐｐｙ，ｐＡｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏ打ｏｆｏｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄ，ｉｔｓｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｆｉｎｓｃａｎｓｉｇ打ｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅ化ｅｌｅｖｅｌｏｆｉｔｓｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｕｓｔｈｅ打ｎｐｉｌｅｈａｓｔｈｅｒｏｍｏｔｉｏ打ａｎｄｄｅｖｄｏｐｍｅｎｔｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．ｐＭｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆａｎｏｎｔｈｅｓｅａｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｐ，ｙｔ－ｆｏｒｌａｒｇｅｄｉａｍｅｅｒｔｈｉｎｗａｌｌｅｄｓｔ；ｅｅｌｔｕｂｅ扫ｎｉｌｅｕｎｄｅｒｈｏｒｉｚｏ打ｔａｌｌｏａｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｎｐ－化ｍｉｎｄｅｔｈａｎｄｓｓａｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ化ｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｓｉｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａ］ａｎａｌｓｉｓｆｂｒｐｙ，ｙｙｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｓｉｎＣｈｉｎａｔｔｈｔｇ：ｏｐｒｏｖｉｄｅｅｏｒｅｉｃａｌｂａｓｉｓａｎｄｌ：ｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｓｅｒｖｅｓ．Ｔｈｉｓａｅｒｕｓｉｎｔｈｅｌａｒｅ行ｎｈｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ化ｆｍｉｌｅｐｐｇｇｐ－ｕｎｄｅｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｏａ过ｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆｂｅａｒｉｎｃａａｃｉｔａｒｅＣＯ打ｄｕｃｔｅｄｉ打ｄｅｔｈｓｔｕｄ．Ｔｈｉｓｐｐｇｐｙｐｙｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｙｆｒｏｍｓｅｖｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓ：１Ｓｏｉｌｂａｓｅｄ０打ｔｈｅｌａｒｅｅｎｅｒａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳｔｈｅｆｏｌｌｏｗｇｇ，（）Ｄｒｕｒ－ｃｋｅＰｒａｅｒｉｅｌｄｃｒｉｔｅｒｉｏｎｃｏｍｌｅｔｅｌｅｌａｓｔｏｌａｓｔｉｃＣＯ打ｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｉｌｅｂｏｄｇｙｐｙｐｐｙａｎｄｔｈｅｓｈｅｌｌｅｌｅｍｅｎｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｆｍｓｕｓｅｄｉｎｐｌａｃｅｏｆｔｈｅｅ打ｔｉｔｙｏｆｐｉｌｅ，ｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｓｙｓ化ｍｏｆ３Ｄ行ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆ化ｅｆｉｎｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏ打ｉｓａｎａｌｚｅｄｂｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｙｙｌｏａｄｓ．２ｓａｅｒ－－ＴｈｉｐｐａｎａｌｙｚｅｓＰＹｃｕｒｖｅｌｏａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｉｌｅｈｅａｄｏｆｔｈｅｆｍ（）（ｐ）ｐｉｌｅ（ｓｉｎｇｌｅｐｉｌｅ）ｕｎｄｅｒｌｉｍｉｔｌｏａｄ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅ打ｎｌｅｎｇｔｈ，打ｎｗｉｄｔｈ，ｐｉｌｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｍｌｒａｎｄｓｓｔｏ打ａｎｄｔｈｅｒｅｃｔｏｎｏｆｍｕｌｅｓｅｏｎｅｉｌｅｄｉａｅ；ｅ打ｎｉｉｄｉｉｔｉｔｓｆｌｏａｄｃｈａｐ，ｐｏｐｌｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒ化ｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅ打ｎｐｉｌｅ．Ａｎｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏ。ｓｕｃｈａｓｄｉｆｅｒｓ打ｔｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｏａｄｓｔｈｅｓｏ。ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ，，＇化ｅｆｏｓｓｏ打ｓｒａｔｉｏｏｆｓｏｉｌｒｉｃｔｉｏｎＡｎｌｅｏｆｓｏｉｌｓｏｉｌｃｏｈｅｓｉｖｅｆｏｒｃｅｔｈｅｆｉｎｉｌｅｓａｎｄｐｉ，ｇ，，ｐＩＩＩ ｂａｒｅａｌｏｎｇｉｌｅｂｏｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｂｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔ出ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅｐｙｐｇｆｉｎＵｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｃｏｍａｒｅｄｗｉ化ｂａｒｅｐＵｅｉｎｒｅｓｉｓｔｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｂｅａｒｉｎｐｐｇｇｃａａｃｉｔｈａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｆｉｎｉｌｅｐｙｇｙ，ｐｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｏａｄａＭｌｉｔｙ化ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｉｎｌｅｎｇｔｈ化ｉｔｓｉｍｐａｃｔｉｓｂｉｇｇｅｒ．口）Ｂｅｃａｕｓｅｉｎａｃｔｕａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｏｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｂａｓｅｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｉｎ化ｅｆｏｒｍｏｆｇｒｏｕｐｐｉｌｅｓ，ｓｏｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅ１Ｘ２ｐＵｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｏａｄｆｏｒｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｍａｉｎｌｙｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｐＵｅｓｐａｃｉ打ｇ，ｐｉｌｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎＡｎｇｌｅｏｆｓｏｉｌｏｎｐｉｌｅｇｒｏｕｐｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｆｉｎｐｉｌｅｗｅｒｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｂａｃｋｆｉｎｐｉｌｅ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｐＵｅｓｐａｃｉｎｇｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｉｌｅｒｏｕｐｉｌｅｌｅｎｔｈｗｉｔｈｉｎａｃｅｒｔａｉｎｒａｎｅｐｇ，ｐｇｇｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇ化ｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｉｌｅｇｒｏｕｐｅｆｅｃｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓ，ｂｕｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｏａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｉｍｒｏｖｅｔｈｅｅｆｅｃｔｉｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ．，ｐｍｃｋｅｒ－巧ＫＥＹＷＯＲＤＳ；ｆｉｎｐｉｌｅ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｏａｄ，ＤＰｒａｇｓｏｉｌｍｏｄｅｌ，Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｉｌｅｒｏｕｅｆｉｃｉｅｎｃｇｐｙＩＶ 目录摘要ＩＩＡＢＳＴＲＡＣＴＩｌｌ第一章绪论１１１．１课题的研究背景和研究意义１丄１海上风电场及海上风电基础结构的发展１一Ｕ．２新型粧结构鶴植的特点３１．２国内外研究现状５１．２．１水平荷载单粧的国内外研究现状５１．２．２ｔＫ平荷载錐粧的国内外研究现状８１．３本文的研巧内容９第二章水平荷载作用下大直径粧的性状分析１１２．１引言１１，２１１．２鑽粧的类型２．３水平荷载作用下粧基础受为的Ｈ个阶段１２２１．４水平荷载作用下粧基础的破坏机理２２１．５水平荷载作用下柱基础的计算方法５２１．５．１弹性地基反力法中的ｍ法推导过程５－２１．５．２复合地基反力法中的ｐｙ曲线法推导过程８２．６本章小结２１第Ｈ章水平荷载作用下錐粧的数值模掛２２３．１引胃２２３．２有限元相关理论介绍２２３．２．１有限元软件ＡＮＳＹＳ介绍２２３．２．２有限元法的原理２３３２４．３有限元模拟分析过程３４２４．非线性接触分析３２４．４．１接触问题的分类３４２５．．２接触问题的分析方法３．４．３接触面间的相互作用２５３．５罐枯模型建立的相关理论２５３．５．１鶴植的计算模型２５３．５．２鑽粧和主体相互作用的结构分析％Ｖ ３．５．２．１止体本构模型的选择２６３．Ｓ．２．２单元选择２７Ｓ．５．２．３网格划分２９Ｓ．５．２．４边界条件２９３．５．２．Ｓ加载方式３０３．６本章小结３０第四章水平荷载作用下獲粧（单粧）的承载力艳能研究３１４．１引言３１４．２鐘粧Ｈ维有限元模型的建立３２４．２．１有限元模型的尺寸３２４．２．２有限元模型的参数３２４２３３．．有限元模型的边界条件３４．２．４有限元模型的接触３４４．２．５有限元模型的网格划分３４４．２．６有限元模型的地应力平衡３４４－－．３极限荷载下鶴粧的ＰＹ曲线（荷载植顶位移曲线）３５４．３．１獲片长度的影响３５４．３．２饒片宽度的影响％４．３．３枯长的影响３７４．３．４植径的影响３８４．３．５加载方向的影响３９４．３．６獲片位置不同时的影响３９４一．４般荷载下鎭粧和裸粧的粧身位移和弯矩分布规律４０４．４．１罐粧和裸粧在不同水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律４０４．４．２鶴粧鶴宽变化时在相同的水平荷载下巧身位移和弯矩的分布规律４２４．４．３鶴植和裸粧粧长变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律４３４．４．４鶴粧和裸巧粧径变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律４５４．４．５鐘粧和裸粧±体弹性模量变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律４６４．４．６罐粧和裸粧±体粘聚力变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律４８４．４．７鑛粧和裸植±体摩擦角变化时在相同的水平荷载下植身位移和弯矩ＶＩ 的分布规律４９４．４．８鶴粧和裸巧止体泊松比变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律５０４．５錐粧与主体相互作用的变形图５２４．６本章小结５６第五章水平荷载作用下靖植）８（群粧的效率研究５５１５８．引言ｘ５５８．２罐粧１２排植有限元模型的建立－５６０．３鶴祖＾２排粧的粧顶位移曲线有限元结果分析５２１．４鐘植＾排枯的群粧效率的有限元结果分析６５．５本章小结６８第六章结论与展望７０６．１本文主要结论７０６７０．２研巧展望參考文献７２攻读硕±学位期间的学术活动与成果倩况７６ＶＩＩ 插图清单图１．１海上风力发电２图１．２海上风力发电的基础形式２３４图１．海上风电基础的受力荷载条件图１．４錯粧基础５图２．１刚性短粧破坏形式１３图２．２中长植破坏形式１４图２．３弹巧长粧破坏形式１５图２．４不同粧端嵌固形式的的计算模式１７－图２．５Ｗ值粧的水平位移关系图１８图２．６软粘止的ｉｖｙ曲线２０－图３．１鶴粧的基本构造小意图２６图３．２ＤＰ屈服准则２７图３．３ｓｈｅｌｌｌＳｌ单元几何描述２８图３．４ｓｏｌｉｄ４５单元几何描述２８１图４．鶴粧和±体的有限元模型３２图４．２模型边界约束巧图４．３刚性目标面３４图４．４柔性接触面３４图４．５自重下的位移云图３５图４．６地应力平衡后的位移云图％图４．７自重下的应为云图３５图４．８地应力平衡后的位移云图３５－图４．９实验室粧水平荷载位移曲线３６图４－％．１０足尺植水平荷载位移曲线－图４位移曲线３７．１１鎭粧宽度不同时水平荷载－图４．１２ＦＰＦ２１０粧长不同时水平荷载位移曲线３８－图４３８．１３ＦＰＦ２１０粧径不同时水平荷载位移曲线－４１４ＦＰＦ２１０巧图．加载方向不同时水平荷载位移曲线－ＦＰＦ２１０饋片位置不同时水平图４．１５荷载位移曲线４０图４．１６ＦＰＦ２１０和裸粧在不同水平荷载下的粧身位移４１图４．１７ＦＰＦ２１０和裸粧在不同水平荷载下的粧身弯矩４１图４．１８ＦＰＦ２２０在鶴片宽度不同时的巧身位移４２ＶＩＩＩ 图４．１９ＦＰＦ２２０在鶴片宽度不同时的植身弯矩４３图４．２０ＦＰＦ２１０和裸粧在粧长不同时的粧身位移４４图４．２１ＦＰＦ２１０和裸粧在粧长不同时的粧身弯矩４４图４４５．２２ＦＰＦ２１０和裸粧在枯径不同时的粧身位移图４．２３ＦＰＦ２１０和裸巧在粧径不同时的植身位移４６４２４ＦＰＦ２１０和４７图．裸植在±体弹性模量不同时的粧身位移图４４７．２５ＦＰＦ２１０和裸植在止体弹性模量不同时的枯身弯矩４８图４．２６ＦＰＦ２１０和裸粧在主体粘聚力不同时的巧身位移４图４．２７ＦＰＦ２１０和裸植在主体粘聚力不同时的粧身弯矩９４９图４．２８ＦＰＦ２１０和裸粧在±体摩擦角不同时的巧身位移围４．２９ＦＰＦ２１０和裸粧在±体摩擦角不同时的粧身弯矩５０图４．３０ＦＰＦ２１０和裸粧在±体泊松比不同时的植身位移５１图４．３１ＦＰＦ２１０和裸粧在主体泊松比不同时的巧身弯矩５１５３图４．３２±体的水平位移图４．３３ＦＰＦ２２０巧体的水平位移５３图４．３４ＦＰＦ２２０饋植的轴力分布图５４图４．３５ＦＰＦ２２０饒粧的剪力分布国５５图４．％ＦＰＦ２２０罐粧的弯矩分布图％ｘ图５．１１２排粧受水平荷载的受力分布图化及平面简图如Ｘ图５．２１２排枯有限元模型６０ｘ－图５．３１２排粧和单个鐘粧的水平荷载位移曲线６１图５．４不同粧长下前鶴粧效率图化图５．５不同粧长下后鑽粧效率图６３图５．６不同粧长下平均效率图６４图５．７不同枯径下前饒粧效率图６５图５．８不同枯径下后罐粧效率图６５图５６６．９不同粧径下平均效率图图５．１０不同±体摩擦角下前鶴植效率图６７图５．１１不同±体弹性模量下后錯植效率图６８５６８图．１２不同±体弹性模量下平均效率图ＩＸ 表格清单表２．１ｓ５０取值１９．２０表２２口可曲线确定表４３２．１植体几何参数巧表４．２鶴粧材料参数表表４．３主体材料参数表３３Ｘ 第一章绪论第一章绪论１．１课题的研究背景和研究意义１．１．１海上风电场及海上风电基础结构的发展一对于当代民众生活和经济发展来说，能源是个重要的基础，最大限度的使用可再生能源来驱动经济的持续发展和提高人们的生活水平成为全球能源系统关一注的焦点问题。根据《世界能源展望》预测，对于经济迅猛发展的批发展中国一２的０一家而言，在２０１２年至年间，次能源需求的增长将占全球次能源总需求一量的一半Ｗ上定的。而随着我国能源需求空间的增长，能源消费结构却也存在一一、弊病，过度地依赖煤炭石油等次能源，且由此引发的系列环境问题给我国１１的能源安全造成了很大的威胁。在当今世界，，通过天然作用再生更新的可再生资源进入高速发展期我国的可再生资源，为经济发展，如风能、太阳能、地热能、水能等自然资源非常丰富和开发利用的潜能非常大。而在这众多的可再生资源里，风能是最有开发利用前一景的绿色资源，它是，，这源于风能本身的特点种清洁的蕴量取之不竭，潜力无穷的新能源。据有关统计，风在数秒钟就能发出７５０万千瓦的功率，目前地球一３倍么多上每年由风力提供的可Ｗ用来发电的能量是煤电能源的。因此风力发电在现今备受国内外的重视。随着科学技术的不断发展，风电技术也逐渐从陆上延伸到海上，近海发电产一业迅速晒起。巧９１年，在丹麦的Ｖｉｎｄ沈ｙ建成了个由１１个功率为４５０千瓦的风一Ｗ电机组成的海上风电场，这也是世界上第个海上风电场。经过１０多年的发展，该电厂风力发电技术日趋成熟。７０００万千瓦，是欧洲风能协会预测该电厂在２０２０年将会达到的发电量。而在我国沿海地区，特别是东南沿海及周边的岛蜗拥有丰富的海上资源。上海东海大桥风电场是我国国内首个海上风电场，其发电效益要比陆上风电场高３０％多，投产后可Ｗ满负荷运行２６００小时上。我国海上风电场的发展前景十分的广阔。海上风电场的发展优势十分明显。首先是海上风电资源丰富，风况优于陆地，不占用陆地面积，受其他因素干扰较小，并且环保洁净，不会产生有害气体排放。其次风电机组远离海岸，也不会造成视觉障碍，且容许制造大型的机组，从而能够提高单位面积总装机量见图１．１所示为海上风力发电。由叶片、风机、塔身和基础组成单个的风电机，然后若干个这样的风电机组一和海底的输电设备即构成了个完整的海上风电场。与陆上风电基础的成本仅仅￣占总投资的５％１０％左右相比，海上风电基础的制造、安装和维修的成本约占海Ｐ１￣上总投资的１５％２５％，这也成为了海上事业发展的瓶颈。因此如何发展既能满１ 合肥工业大学硕±学位论文足技术条件又能够降低造价成本的粧体基础成为现阶段研究的热点。—祿、，滅心化ｉ图１．１海上风力发电Ｆｉｇ．１．１ｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒ盛单植结构重力式结构；三脚架结构浮式结构图１．２海上风力发电的基础形式ＦＦｉ．１．２ｏ打ｄａｔｉｏ打ｔｙｅｓｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｏｗｅｒｇｐｐ海上风电机组基础结构大致分为固定和浮式基础两类。其中固定式基础中比较常用的有重力基础、单枯基础和Ｈ脚架基础。这四种基础类型见图１．２所示。在这四种基础当中，单粧基础因为自身结构简单、安装方便等优点在海上风电场中一被广泛采用，成为目前海上风电基础的标准形式。下面简单的介绍下这四种普遍的海上风电机组基础结构的特点Ｗ。２ 第一章绪论一（１）重力式基础；根据许多关于海上风电的研究表明，重力式基础是种传统的结构方式，重力基础能够依赖其巨，当风力祸轮机和上部结构受到风浪荷载时大的体积来维持垂直方向上结构的稳定，抵抗倾覆力矩。应该明确的是这个结构能够抵抗侧向荷载是基于它本身的自重Ｗ及它的基础和海床之间的摩擦力，但是随着水深的增加，海浪也会随之等比例扩大，从而造成更大的阻力，重为基础因为要抵抗海浪和洋流的作用而需要继续扩大，増加造价成本，因此重为式基础适Ｏ－ｍ用于ｌＯ的浅水域。另外重力式基础对于海水的冲刷较为敏感。一￣０；植基础直用于支持近海石油和天然气平台，但是通常需要３４）单粧基础个单巧组成的群粧来支撑，而在海上风电场中，仅仅需要单枯基础即可。单植基一一础适用于最大般不超过２５ｍ的中浅水域。与重力式基础常需要铺着层碌石的一更为平坦的海床而言，单巧基础的适应性要更强些。单枯基础的安装最优选的方法是用液压健击方式进行，这种方法产生的噪音和振动更小，而且不会排放废一气，安装非常方便。单粧基础的主体般是大直径的钢管结构，轻质高强。（３）Ｈ脚架基础：Ｈ角架基础最初是用于石油和天然气平台，这种结构被用作９０一些钢管焊接在塔身下海上风电基础是在１９年瑞典的布莱金巧行政省。将，用这些钢管来承受和传递上部结构的荷载，而基础的固定则通过在底部Ｈ角处分别一设置的钢粧来实现。与单粧基础相比，它可为是个轻质的结构，但是气动阻尼比较小，在水深小于１１ｍ时，同样的海浪荷载对于兰角架结构引起的弯矩只一￣％？是单粧结构的１０％１５，因此它适应于更大的水深，般为２０ｍ８０ｍ。当然如果Ｌ遇到非常坚硬的海床时，打入枯体可：Ａ由钻孔灌注柱取而代之。４淨式基础，；为了克服其他海上风电基础在水深方面的限制为海上风电能（）￣够向深海区域发展，浮式基础的概念被提出。这个结构被运用于能达到６０ｍ９００ｍ的深水域，但是由于浮式结构不稳定的缘故，其设计时不仅要考虑浪、流及冰块的撞击等因素，还得控制整个风机的垂荡运动的安全范围，目前也仅在海浪较低的情况下应用。我国现在正在大规模的发展海上风电的产业，急切的需要研发适合我国国情的海上风电基础结构。尽管可借鉴和使用国外现有的基础结构形式，但由于各方面原因造成基础结构的材料成本，、制造和安装的成本均不相同因此现有的结构形式在我国并不是最经济的结构形式。我们需要开发出不仅符合我国国情而且满足经济指标的海上风电基础，实现我国海上风电产业的稳步持续发展一錯柱的特点１丄２新型巧结构￣，近海风电基础最常用的形式是由直径大约为３５ｍ目前．５ｍ的钢管组成的大Ｗ直径钢管粧基础。由于海上风电场复杂的环境因素使得粧基础的建设条件和荷载条件更为复杂，粧体需要承受巨大的风浪洋流的作用，见图１．３所示。为了有效的３ 合肥工业大学硕±学位论文＂＂一种新型的巧结构一鶴粧被提出抵抗这种水平推力，。鶴枯（也可称为火箭粧＂＂°或翅片巧），即在巧顶四周焊接四个互成９０的矩形钢板的枯基础．４，见图１所示。实际工程中运用粧侧的这四个館片来有效提高上层王壤的侧向抗力，而不是＾依赖将所受到的水平荷载传向更深层的±壤。因此研究籍粧的焦点在于计算在水。平荷载下獲粧的承载能力，然后来具体分析鶴片抵抗水平推力的效率同时提出鐘枯这种新型的粧基础也是因为考虑到传统的单柱基础具有过大的直径和植长，会造成工程造价的上升。海上粧基础在服役的过程中，不仅仅要将上部结构的垂直荷载由地基的软弱层传至地底的承重层，而且还要受到不可忽视的来自风，、浪、水流和潮流的横向荷载因为这些横向荷载大约要超过１／３的重力荷载。鶴粧基础由于鶴片安装在巧体的上部，，可增加坦体的抗弯刚度这样可Ｗ相应的减小巧体的直径和粧体的长度，继而减少工程造价成本。另外錯植承载水平力的能力远远超过普通的单粧基础，这对于改善海上风电结构巧基础的水平承载性能提供了有利的参考价值。＇‘．Ｌ＇了．爾言ＴｕｒｂｉｎｅＩＷｎｉｄｌｏａｄ—，ＩＴｏｗｅｒ，Ｍ普ａｖｅａｄＷｌｏＪ＇＼Ｋ’Ｓｃｏｕｒ、Ｓｅ＂ｗｅｉｇｈｔ＇；Ｆｅ；羣巧如Ｉｉｌ。每‘？、图１．３海上风电基础的受力荷载条件Ｆｉｇ．１．３Ｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ４ 第一章绪论Ｆ＾ｒｌ。腳Ａ—＾—ｗ了………Ｉ￣—Ｋ＾？ＨＮＦＤＦ王；哈，■＇－广＂。ＨＤ图１．４韓粧基础Ｆ．ｌｉｉｌｆｔｉｏｎｉｇ．４Ｆｎｅｏｕｎｄａｐ１．２国内外研究现状１．２．１水平荷载单粧的国内外研究现状ＵＷ枯基础属于深基础。其主要作用是承担来自上部结构的竖向荷载，并将竖向荷载从表面的软弱止层传至深层强度高、压缩性小的止或者岩石中去，Ｗ此来一减小上部结构的位移，确保上层建筑的稳定和安全。在般的基础工程中粧基主要承受的是竖向荷载，但是随着高层甚至超高层建筑的不断兴起，植基础除了受到竖向荷载作用Ｗ外，还可承受水平的风荷载、波浪荷载Ｗ及地震荷载，并且Ｗ１在某些特殊情况下，水平方向的荷载会成为控制性因素。一般受压，柱基础在竖向承载为作用下，由于粧体材料的抗压强度比较高它会将受到的荷载传给粧周±体，因此王体的破坏条件会直接影响竖向承载力。但是在水平荷载和力矩的作用下，，柏基础会产生水平位移和弯曲变形外荷载由植体本身和枯侧王体共同承担，因此水平力不仅与粧体本身的材料强度相关，最主要是取决枯侧止体的横向抗力。在水平荷载作用下，枯体发生变形，变形的枯体，会挤压±体，使得主体产生阻力来防止枯身的继续变形其相互作用形成了复杂的粧±效应国内外的众多学者对于粧基础在水平力作用下的承载力性能进行了大量的理论探讨レ义及室内和现场试验的分析，取得了丰富的研巧成果。一、目前研巧枉基础的理论方法主要有极限地基反力法、弹性地基反力法、复合地基反力法、弹性理论法和数值方法五种。５ 合肥工业大学硕±学位论文（１）极限地基反力法极限地基反力法仅适用于刚性短粧的计算，认为地基反力仅是深度的函数而不考虑粧身的烧曲变形。根据±体的性质和经验假定±体抗力的分布形式，然后按照作用于植体上所有外力的静力平衡求得粧体的水平承载力ｔＷ。Ｒａｓｅ于１９３６年最早假定地基反力是沿着深度方向线性分布，由作用在植体上的外部荷载ｉ＾ｉ和平衡条件来求得粧体的水平抗力［ｑ。Ｂｒｏｍｓ于１９６４年分析了受水平荷载作用下的植±体系的破坏形态，按照粧基础埋入深度、抗弯刚度Ｊ＊！＾及地基刚度对于植基础进行了分类，并且提出承受水平荷载的植在粘性±和砂性±中极限承载力的－计算方法。另外，《日本港湾构造物设计标准》于１９６８年提出晓曲曲线法，该方法是假定±反力沿深度为任意分布。（２）弹性地基反力法一目前国内规范中的计算方法般为线弹性地基反为法。该方法是假定地基是一种服从虎克定律的弹性体，即运用Ｗｉｎｋｌｅｒ地基模型，利用梁的弯曲理论来求解单植基础的内力和变形。水平力作用下弹性基梁的烧曲微分为：Ｅ＝ｌ＋ｘＱ．ｌ＾＼ｐ｛，ｙ）Ｕ）ａｘ＝＝７Ｘ７ＭＸ＋Ｘ＊／（，ｙ）（〇）Ｖ的／１２（）其中；Ｅ—？枯的弹性模量；一／粧的惯性矩；Ｘ—地面Ｗ下粧基的深度；一水平变位．ｙＸ—Ｐ（，：Ｖ）单位面积上的枯侧±抗力；占￣粧体的计算宽度；〇？Ｘ，Ｗ，！，Ｍ为待定常数或指数。。在弹性地基法中，７＝＞Ａ〇Ｃ为地基系数，当《＝１；（句／式中的）时为线弹性地基反力法，线弹性地基反力只适用于粧的水平位移小于等于ｌＯｉｒｎｎ的情况。设定止体抗为７与地表下粧基深度Ｘ的ｆ次方成正比，则上述的烧曲微分方程可Ｗ简化为：／＇ＥＩ＋ｍｂｘ＝０１ｙ．３＾Ｑ（）ｄｘ一一将上式中的参数Ｚ取为某特定的值，此时只有个待定参数ｍ．即单参数法。当’’＝２＝＝＝取值Ｚ分别为：，ｚｌ，／化５，／０，时，分别称为Ｋ法、ｍ法、Ｃ值法和常数法（张有龄法）。６ 第一章绪论１、常数法，也称为张氏法，于１９３７年由我国的张有龄先生提出。假定地基反为系数沿深度为常数时水平受力长粧变形和内力的解析解。当时在日本应用十分广泛，后因为假设条件与实际情况有矛盾，现在己经不再使用２、ｍ法是假定地基反为在表面处为零并沿深度呈线性増加，即满足水平地基＝系数该种方法得到了广泛的应用，美国、英国和中国等国将其列入规范１？１２２］［］［之中。王伯惠等依据ｍ法计算出水平力枯变形和内力的幕级数解。赵明华Ｐ哨Ｉ出双层地基的ｍ值换算方法，并通过换算后单层地基ｍ法得出双层地基水平一受荷粧的变形和内力。还有部分学者提出了特定环境下单粧ｍ值的确定或者对４＾７Ｐ１ｍ值在特定环境下进行了改进和完善。一３、Ｋ法是假定地基反力在表面处为零并沿深度增加，在植身第弹性零点处一増加到Ｋ＾＞１后。１保持为个恒定的常数４、Ｃ值法是假定地基反力系数随深度的０．５次方増加。（３）复合地基反力法－１、Ｐ曲线法的主旨思想是沿着粧体的深度建立粧体变位与粧周±体抗力的ｙ一般通过实验测定曲线，能够对植±体系作非线性分析。该曲线法，重点在于建一Ｐｓｉ－ｈ－立簇比较适当的枯±体系的应力应变曲线。Ｆｏｃｔ和Ｍｏｃｌｅｌｌａｎｄ最早研究ＰＹ－－曲线法，分析试植的实测反力变位曲线＾及±体的固结不排水室内Ｈ轴试验应力Ｐ９’３＂应变曲线两者之间的联系ａｏｃｋｅｅｓｅ－ｏｎｄ的。Ｍｔｌ和ＲＣｏｘ咕Ｍｃｌｅｌｌａ研究基础之－上，通过大量的室内和现场试验的观察得出了软粘±和砂±的口￥曲线公式。王Ｐｗｓｉ惠初、田平等于１９９１年在实验的基础上提出了适用于黏±的静载和周期荷载一＂＂－Ｙ曲线新统作用下的Ｐ法，该种方法又被称之为河海大学法。美国石袖协会－Ｙ曲线法运用于海上平台的设计上－和挪威也广泛将Ｐ。从理论上来说，ＰＹ曲线法的计算结果和实际测得的数值十分接近，非常适用于海洋和港口工程的植基础计算。２、ＮＬ法是由水平±体抗力与深度、位移的函数关系１＾及地基反力系数与±质指标的函数关系，并利用相似原理，将非线性有限元数值计算转变为简单的查－表计算。该法是巧９９年由韩理安在总结完善ＰＹ曲线的基础上提出来的，现己被ＰＷ６１Ｊ２５４－９８纳入《港口工程植基规范》（打）局部修订。（４）弹性理论法弹性理论法是把枯侧±假定为半无限弹性体，引入了杨氏模量和泊松比这两个生体参数，克服了地基反为法只能采用地基反力系数来描述±体变形的缺陷Ｐ８Ｄｏｕｇｌｏｓ等喃Ｓｐｉｌｋｒｓ等于１９６４年得出水平力作用下单植变形和内力计算的＾ｌ弹性理论法。Ｐｏｕｌｏｓ研究了弹性±体中水平荷载植的受力性能，把粧身分割成若一干相等的小段，且假定毎小段上的±反力为常数，通过Ｍｉｎｄｌｉｎ方程求出粧底自７ 合肥工业大学硕±学位论文ｔＷＷＩ由、较接及固定时粧的变形和内力。Ｓｕｎ、宋东辉等也运用弹性理论法Ｗｓｉ对于水平荷载作用下巧的受为性状进行了详细的研究。周洪波等用Ｐ－Ｙ曲线法算出不同主体应为状态的杨氏模量，然后采用考虑植止的相互作用的弹性理论法，建议可Ｗ考虑稱合这两种方法的算法。（５）数值方法在很多复杂的工程计算中，数值方法的求解和应用都己经取得很好的效果，一得到了很大的重视，成为研究岩±力学及工程问题的不可或缺的方法之。数值、分析可Ｗ有效的模巧止体的连续性非线性Ｗ及粧主相互作用等问题，弥补了手工计算的不足之处，对于粧基础的设计水平有显著的提高。有限差分法、有限单元法和边界元法是数值分析中常用的Ｈ种方法。Ｂｒｏｗｎ等假定主体为弹塑性材料，粧主接触面考虑淆移和分离，对横向受荷植的承载性能采巧有限单元法进４８‘Ｗｔ行了分析。Ｋａｒｔｈｉｇｅｎｙａｎ分别用ＶｏｎＭｉｓｅｓ本构模型及相关联的流动法则和Ｄｍｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ本构模型及相关联的流动法则描述了霸止和砂止的变形特化研巧轴向横向联合作用下枯的受力特性。二、室内和现场试验试验是理论研究的基础。由于±体的性质非常复杂，因此通过试验来了解水平受荷巧受力性能是最好的办法。劳伟康等进行了大直径柔性钢管嵌岩粧的水平承载力性能试验，得出是由ＰＵ钢材料的强度及抗弯能力来确定大直径钢管枯极限承载为的结论。崔新壮等用模型试验方法对粉质粘止中横向荷载作用下植头自由的刚性粧的失稳机理进行ｓ３４ｔ５ｆａ＾了解释。Ｊａｉｎ等采用室内试验，ＭｃＮｕｌｔｙ哺Ｚｈｕｋｏｖ峽用现场试验对于竖向荷载和水平荷载联合作用下粧的受为性能进行研巧，发现如果先施加竖向荷载之后再施加水平荷载的话，会发现竖向荷载的存在减小了粧身水平位移。１．２．２水平荷载錯椎的国内外研究现状国内对于儀粧的研究是少之有少，目前可Ｗ查阅到的资料也非常有限。２０１２年，浙江大学岩±工程研究所联合该校软弱±与环境±工教育部重点实验室对于ｓｓ加鑽植抗扭性能及在推扭受荷群植中的应用进行了研巧ｔ：■。孔令哪等人提出的加鶴粧和本文研究的鑽粧形式稍有不同，该类加鑛粧是粧侧和粧端带有侧鶴片和尾鶴片。首先采用大尺寸试验的方法来比较圆截面钢管植和钢管鐘粧的抵抗扭转荷载的性能，得出鐘巧的抗扭刚度和承载力比传统单粧有显著的提高。其次通过Ｇｒｏｕｐ分析软件对于１Ｘ２群植进行数值模拟计算，得出在水平偏也荷载下館粧能够有效地抑制群粧的扭转角度，明显降低群植中基粧的最大剪力和弯矩，提高１Ｘ２群植抵御偏也加载的能力。８ 第一章绪论一国外学者也对新型粧基础鐘粧也同样进行了一系列的研巧８０。早在２０世纪５６［３年代，ＬｅｅａｎｄＧｉ化ｅｒｔ就提出了粧顶装置四个鐘片的罐粧结构，并通过试验的方法，在软±地基下对于罐粧施加静为荷载和循环祗载，测出随着荷载的増加，粧身变形也増加，且在循环荷载作用下的变形要远远大于静力荷载作用下的变形。但是并没有研究出鑽片的效率Ｗ及鑽巧相对于单粧在水平承载能力方面的改善等问题。ＰＰｅｎＪ巧ｔ用试验和数值计算的方法来模拟鶴粧顶的荷载位移－ｇ．ＲＰＹ曲线，（）Ｗ此来估算饒片的效率。经过预测可知枯身的粧±效应受影响于拐度、弯矩、剪力。１＾及±压力的分布为了确定受水平荷载粧发生水平位移时鶴片长度的作用效应一，作者进行了小型的加载循环水平荷载的实验来模拟，每次实验中采取万次循环来模巧近海风电的实际环境荷载条件，其中的变量包括：荷载大小，作用频率，加载方向，植端条件和鶴片长度，然后测量粧顶下沉的距离来评估鑽片的效能。同时作者还进行了巧的复合荷载实验，通过在常规联合荷载作用下的破坏包络线来表明水平抗力的增长是由于粧侧使用了鑽片的缘故。在各种特性的循环复合荷载作用下一，罐枯比传统单枯具有更为出色的水平抗力。经过这系列的分析，一作者得出当鑽片宽度为粧体半径，而鶴片长度为枯长半时，鐘片可Ｗ发挥最佳最理想的效用。该篇文章研巧的成果为水平受荷粧提供了解决思路和用于罐植设计时的参数，另外其循环加载系统装置和３Ｄ有限元的运用可Ｗ用于未来对于鐘植的研究。ｓｓＡｈｍｅｄＭ．Ａ．Ｎａｓｒｊ堪对普通单枯和罐植分别进行了小型模型试验和有限元数值分析（ＰＬＡＸＩＳ犯Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ）对比研究。实验中的植埋置于不同相对密度的砂Ｄ－±ｉ３５％和７８％中，通过改变鑽片长度、宽度、形状和巧的类型来进行研究。（）结果表明，在增加了植顶部的鶴片后，植的水平承载力有了明显的增长。并通过改变枯和籍片的尺寸使得鐘粧的水平承载力得＾１＾１增长，可＾得出在鐘片长度到达粧长的０．４倍粧长之前，承载力随鑽片长度增加而增加。并基于室内模型试验和数一。值分析，得出了使得水平承载力得到最大提升的鶴片参数临界值进步探讨了水平荷载作用下的鑽植的承载特性。１．３本文的研究内容一直是工程界关注的焦点之一近海风电机组基础结构的水平承载性能研巧，尤其对于新型罐粧基础的设计更是需要进行深入的分析。在本文中，鶴粧作为研究对象，利用通用有限元软件ＡＮＳＹＳ对鐘粧进行空间数值模拟，Ｗ了解鶴粧（单粧）在水平推力作用下的承载性能和影响其受力状态的因素。并且探讨了罐粧（１Ｘ２排粧）的群粧效应。主要工作包括下几个方面：９ 合肥工业大学硕±学位论文（１查阅了国内外相关的水平承载粧基的分析资料，对文献中的水平承载植的）一计算理论和方法进行了进步的归纳和总结，此作为本文的理论研巧的基础，。并依据设计和实际的情况，讨论适用罐粧基础的数值分析方法巧利用大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ对鶴植（单粧）在极限荷载下改变罐片长度－Ｙ曲线、鶴片宽度、粧长、枯径、錯片位置、加载方向等参数鶴植粧顶的Ｐ。进行数值模拟汁算，分析其水平承载能力大小并且在不同水平荷载下，不同罐宽、不同植长和粧姪、不同±质条件下探讨鐘粧的变形特性。一（３）考虑到在实际工程中群粧是种更为普遍运用粧基础的情况，本文分析了錯植群巧（１Ｘ２排粧）基础在承受水平荷载时的粧顶位移和±质、粧长、植间距这兰个参数变化时对鶴植前植、饒枯后粧和整体排粧的效率影响。１０ 第二章水平荷载作用下大直语植的性状分析第二章水平荷载作用下大直径巧的性状分析２．１引言一种重要的结构基础形式一巧基础是。巧体是竖直或斜的种长细比较大的柱形构件一。粧基般是依据其承载性状、成枯方法Ｗ及粧径大小进行分类，有非常。强的适应性粧基有多重功能，比如不仅可承受竖向荷载的抗压和抗拔作用，，还可并且承受水平荷载的弯曲作用！＾承受上几种荷载联合作用形成的组合荷载。粧基础可Ｗ直接穿过水体将荷载传到地基中去，减少水下工程，这样可缩短施工工期，改善施工条件，所Ｗ在海上风电场几乎是地基基础的主要形式。本文中研巧的罐植一，是种新型的粧基础，在深水区域承受风浪洋流等复杂的横向荷载。当粧体主要承受来自水平方向的荷载和弯矩作用时，我们将其称之为水平承载粧。２．２韓惦的类型－可Ｗ按照枯径大小将基粧分为（１）根据《建筑粧基技术规范》（ＪＧＪ９４２００８）：，①小直径粧：公《２５〇１１１１１１③中等直径巧：２５０ｍｉｎ《Ｚ）＜８００ｍｍ③大直径枯：公＞８００ｍｉｎ。＝本文中的鐘粧直径〇４ｍ＞８００ｍｉｎ，因此为大直宿鑽植。ＰＷＷ（２）粧的相对刚度的物理意义是反映枯±刚性特性之间的相互关系，同时又反映随着深度变化的±体弹性模量的性质。引入粧的相对刚度给计算带来了便利。１／①如果地基的水平地基系数沿深度不变，粧的相对刚度系数ｅ为：１晒１、②如果地基的水平地基系数与深度成正比关系，则粧的相对刚度系数Ｔ为：ｒ＝居口巧３式中：Ａ为沿深度不变的水平地基反力系数（ｋＮ／ｍ）；ａ４／ｎ为水平地基反力系数沿深度增长的比例系数（ｋＮ／ｍ）；Ｅ为粧的弹性模量（ｋＮ／ｉｔｆ）；４／为植的惯性矩（ｍ）；公为粧受力面宽度或巧径（ｍ）；６为植周±受力的计算宽度（ｍ）；。枯打入±体中的深度Ａ与植的刚度系数ｒ的比值为相对巧长系数相对粧长１１ 合肥工业大学硕±学位论文系数不仅考虑了±体的条件，同时也考虑了植±相互作用，总体上来看反映了粧的刚度特性。不同的Ｚ胃反映了水平荷载作用下巧的不同工作特性。根据Ｚｍｗ可ｔＷＷ将粧分为刚性短粧、中长粧和弹性长粧。王＜２．５７为刚性化２．５ｒ《王＜４ｒ为中长粧；王＞４了为弹性长枯。，，，按照上述的计算标准，本文中研巧的足尺鑽粧应该为弹牲长植。２．３水平荷载作用下粧基础受力的Ｈ个阶段一直到基粧破坏一Ｈ粧基础从受到水平荷载作用开始，般情况下可Ｗ分为个６２’６３１１阶段：一（１）第阶段为弹性变形阶段：粧基受到水平荷载后，粧身产生的水平位移和水平荷载成线性关系，这个时候卸荷，大部分变形可Ｗ恢复，巧和±体均处于弹性阶段。此阶段所对应的最大荷载即为弹性临界荷载Ｗ。但实际工程中，由于。，＂７－粧±作用的非线粗，粧体所受到的荷载小于临界荷载，因此此阶段的＿Ｋ平荷载＂水平位移曲线也不完全是线性的。二ｉ（２）第阶段为弹塑性变形阶段；当水平荷载增加到超过弹性临界荷载好Ｕｌ。，后一，在荷载增量相同的情况下，粧身的水平位移増量明显要超过前阶段的位移。此阶段终点所对应的荷载即为极限荷载Ｗ。ｕ－（３）Ｈ阶段为破；当水平荷载维续增大到超过极限荷载月第坏阶段；，荷载位移曲线的曲率和枯身的水平位移急剧增大，粧侧止体出现裂缝，枯体受到破坏。２．４水平荷载作用下粧基础的破坏化理、水平荷载作用下粧体的工作性能是非常复杂的，粧的截面尺寸材料强度、粧顶植端约束条件Ｗ及植侧生体性质等都是影响因素。因此在分析水平荷载作用下枯基的承载性能时，必须要同时关注枯±体系间的相互变形。当水平荷载比较小时，由地面的浅层±体提供水平抗力，±体处于弹性变形阶段；当水平荷载较大时，粧体的变形也会随之增大，巧层±体会发生塑性变形至屈服，这样水平荷载就被传入至深层的主层中一，当变形超过定范围时，粧±趋于破坏。由此可知，植体几何尺寸、粧顶约束条件、及植体材料和主体性质的不同会导致粧±６４１１的破坏性状截然有异。下面简单分析剛性短枯、中长巧和弹性长巧的破坏模式。（１）刚性短粧的破坏（见图２．１）①当粧的长度很短，且粧顶自由时，因为其相对刚度较大，在水平力作用下的粧体绕着粧端附近的某一点刚性转动，而没有弯曲变形。这样该点上方的±层和该点下方至粧底端±层均产生被动抗力，由这两部分作用反向作用的主抗力，形成抵御粧顶水平荷载作用的为矩一，力相对构成平衡。当水平荷载达到定值时，粧周±体己开始产生屈服一，荷载进步增加，±体屈服逐渐向深层发展，直到刚１２ 第二章水平荷载作用下大直径枯的性状分析性植因为转动而发生破坏。如果刚性短粧有足够的抗剪强度和自由的枯顶约束，一则般情况下植体不会破坏，这时粧的水平承载力就由粧周止体的强度来决定。如果粧基的巧径过大的时候，还需要考虑粧底止偏也受巧时的承载能为。②当粧的长度很短，且粧顶嵌固时，由于粧顶只能产生平动，因此粧体与承台－。起此来产生主体抗为，若王体阻为不足平衡水平荷载作用时，粧体破坏广Ｈ－ｎ／＞／／Ｖ／７７７７１／／７７ＷＵＴ７Ｔ／／／／／／ｈｈ＂／／／／／〇／转动点＊、＊■ｊ－—１－＂—Ｉ圓ｉ１＜？粧顶自由植顶嵌固图２．１刚性短粧破坏形式Ｆｉ．２．１Ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｓｈｏｒｔｒｉｉｄｉｌｅｓｇｇｐａ）中长粧的破坏（见图２．２）①当粧顶自由时，在水平荷载作用下中长粧发生弯曲变形，粧身的位移曲线一个位移零点只会出现。水平荷载逐渐增加，巧侧±发生塑性变形，塑性区向下。发展，并由于上部±抗力的减小，粧身最大弯矩面向下部发生移动如果粧身抗弯强度比较低，则粧身断裂导致其破坏；如果枯的抗弯强度很高，则巧周止体会被塑性挤出、粧体的水平位移过大导致其破坏。②当巧顶嵌固时，较大的反向固端弯矩将在水平荷载作用下产生于中衣粧巧顶，且粧身弯矩会比较小，并向下部移动。此时粧顶的水平位移要远远小于粧顶。自由时的水平位移荷载继续增加，粧顶和粧身的最大弯矩处均会接连出现塑性。绞，粧的承载力达到极限承载力若粧身强度比较高，则水平位移决定其承载为。１３ 合肥工业大学硕±学位论文一Ｋ一］ｒ＂＂＂ｗ７７７７严ｚ／／）／７化八ｆ＾ｆ－一一／／／塑性较ｆ＜０：塑性较ｈｈ粧顶自由植顶嵌固图２．２中长粧破坏形式ｉ－Ｆ．２．２ＦａｉｌｕｒｅＳｍｉｉｉｄｌｉｌｇｍｏｄｅｓｏｆｅｒｇｏｎｇｅｓｐ（３）弹性长巧的破坏（见图２．３）①当粧顶自由，且枯的埋入深度也足够大时，弹性长粧在水平荷载作用下，植身位移曲线将出线两个Ｗ上的位移零点和弯矩零点，同时植身位移和弯矩减小幅度很快。由于弹性长植的埋入深度大，即可Ｗ将粧下±体抗力视为无穷大，该段等同于嵌固在±体中不能转动，仅发生水平位移和转角。在水平方向上枯侧±体沿着深度方向从地表向下逐渐发生屈服，在巧体及连接构件上产生的内力也随之増加，若粧身某处的弯矩增加到超过该截面处抵抗弯矩时，弹性长枯发生破坏。由此可知，粧体材料的抗弯强度和粧周止抗力决定了弹性长粧的水平承载为。②当粧顶嵌固时，除了可能出现上述弯曲破坏之外，在植顶与承台嵌固处也会产生比较大的弯矩，该处粧体材料屈服而会出现塑性较。一⑥弹性长植的破坏于粧体的材料也有定的关奈。例如钢筋混凝止粧，它的抗压强度要高于抗拉强度，因此粧体在受到水平荷载作用下发生弯曲时在受拉截面处先开裂，继而发生破坏。对于钢筋混凝±柱的设计，计算位移极限值时，不仅要考虑巧上部结构构造的要求，还要满足巧截面的抗拉强度，所Ｗ当弹性长植为钢。筋混凝±枯时，需要控制截面开裂Ｗ及位移的发展又如钢管粧，它的抗拉巧抗压强度基本相同，但它的抗弯即度却小于和它具有相同直径的钢筋混凝±实也植，因此在水平荷载作用下，可Ｗ发生大的烧曲变形而不会出现截面受拉破坏的现象，。当弹性长枯为钢管粧时，需要控制其水平位移且避免发生失稳１４ 第二章水平荷载作用下大直径粧的性状分析—＊＊———ｉｆｔｆ巧。＊？＂诵靡ＩＴｎＨＨｒｒｉｉｆｉｆＩ｝ｉ，ｒ＼＊１ＷｉｉＭ＃植顶自由植顶嵌固图２．３弹性长巧破坏形式Ｆｉｇ．２．３Ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｅｌａｓｔｉｃｌｏｎｇｉｌｅｓｐ２．５水平荷载作巧下粧基础的计黄方法，目前来看，粧基础受到水平荷载作用时的计算方法有很多种每种方法都有其适用的范围和条件。下面仅介绍两种比较典型计算方法，分别是弹性地基反力法－曲线法中的ｍ法和复合地基反力法中的ｐｙ。２．５．１弹性地基反力法中的ｍ法推导过程一对于正常的固结±和般砂性±，其水平地基系数均是沿深度而增加。的。增加的数量关系常用Ｃ一ｍ法，ｋ法和值法来计算。很难从理论上来判别哪种方法？￣Ｊ更好，３５，这三种方法虽然采用的指数Ｚ不尽相同但是地面ＩＪＩ下倍粧径的变化范围内计算结果非常接近，ｍ法较另外两种方法来说图式相对简单，在前苏联、欧。美等国应用广沒，在国内也在逐渐推广１、计算公式；一ｏｗｅ的幕级数方法求解ｘ＝；Ｍ。将通常采用Ｒ＿ｐ（，＞〇巧带入上章介绍的弹性地１．１）．２基反力法的粧的弯曲方程中，即式（和式（１）中可得：Ｅ＝Ｉ＾＋Ｂｍｘｙ０．３＾口）ｄｘ己知＝＝巧＝Ｗ助＝：’扣’，０；此。机。０閣装八装－」ｘ＝〇Ｌ」义＝〇Ｌ」＝ｊｃ〇１５ 合服工业大学硕±学位论文一并设定式（２．３）的解为个幕级数：＇＝Ｘ２．４ｙ私，（）一至四阶后带入式式中的ａ为待定的常数。对上式（２．４）从阶开始求导，求（２．３），，ｓｔｑ经过推导可得：＝ｏｏｃｏａ：ａｘｙＡ＋Ｃ＋Ｄａｘ．５．１ｙ〇，（）（），｛），（）口）ａａＥｌａＥｌ＾＝Ａｃｚｘ＋＾Ｂａｘ＋＾Ｃｏａ＋ａｘ２．５．２ｙ〇＾｛）２｛）＾，（）｛）（）ａａａＥｌａＥｌ＝Ａａｘ＾Ｂ〇＋〇〇＋〇〇：＋ｏｏｃ．５ｙ〇，却（），｛）｛）（）口ａＥｌａａＥｌａＥｌ迎？－＝ｗｗｗ－Ｄｗｖ４＋公＋＋２．５．４ｙ〇４（）４（）＾Ｑ（）＾４（）（）ＯＣ１＾１ＣＣＣＣＯＣＪｉｄＡ并可ｗ导出施加单位水平为馬＝１于植顶时，地面处植的水平位移和转角分别为和＝Ｓｍｃ２；施加单位弯矩於。１于枯顶时，地面处粧的水平位移和转角分别为。和＆，见圍２．４Ｍ①对于埋置于非岩石地基中情况：。－＋。４成４＝幽二５些么２．６．１）ｑ０ｑ０冬（＾ａＥＩ－－Ａ＋ＫＡＢＡＢ（Ａ，Ｂ，Ｍ，｛＾，，，）￣￣１－＾＾－－－＾－＾＾＾＾＿（３４４Ａ（２４４２）８（２６２）＾ａＥＩＢ－ＡＢ＋－ＫＢＡ｛Ａ，，，，）Ｍｉ，Ｍ－－１公ＣＣ＋ｆ度公（３４Ａ３）＊（２。瓜）Ｓ’．齡＾、ＪＥＩＡＢ－ＡＢ＋－ａＫＡＢＡＢ（，，，，），｛，，，，）Ｃ－＋Ｃ＋Ｃ４）供）Ａ２＝■些马，Ｓ＾凶＆．６．４）術（２②对于嵌固于岩石的粧，同样可Ｗ得到：＿ＢＡ）Ｓ＝料＿２．７．１）’ｑ泌ｑ冬３（＂巧＿公（Ａ巧４２）。￣。（本１４２）如＝口ｅ２７巧－１丑〔及。（２１１２）Ｓ＝—（主２７．３）Ｗｔ）加１Ａ－Ａ（Ａ心。－１（本４仁１２）Ｓ＝口４觀７）式中：为待定系数，，。为粧底地基主竖向抗为系数；ａＥＩａ为植的水平变形系数，为粧的刚度ｒ的倒数；．．二公．．Ｃ〇《》，，，等系数均可Ｗ查询桥梁植基础分析与设计附表４１Ｑ４４；，Ｍ时：当己知巧，方可求解地面处的水平位移扔和转角妍〇１６ 第二章水平荷载作用下大直径植的性状分析＾＾２．８．１ＯＱＭ（）＝—Ｓ＊巧ＭＳ２．８－２斯ｍｑｑ＾）（））ｑ５然后根据式（２．）能够求得地面下任意滞度处植身的侧向位移；；、转角＾、赃身＜截面上的弯矩Ｍ和剪力ｅ。义庐《ＭＪＣ｜ＰＱ—地廟或周ＬＩ部线…化—１部＾機尸Ｉ塵＾ｈ非岩石地基ｈ非若巧地基＂＂Ｊｉｉ％，於风＾＝《＝４抑ＱＱ攝０Ｍ地面或局地面或周Ｉ部线部妙慨Ｍ户Ｉ鄉■二口可＾ｉｉ？岩石地基？尝石地基图２．４不同植端嵌固形式的的计算模式Ｆｉｉｆｆｅｒｅｎｔｉｌｅｂｉｎｔｈｆｌｉｄｌｌｉ．２．４Ｄｅｎｄｅｍｅｄｄｅｄｅｏｒｍｏｆｓｏｃａｃｕａｔｏｎｍｏｄｅｓｇｐ２、无量纲计算法：弹性长枯Ｗ巧底弯矩和剪力为零为其粧底边界条件，而粧顶泣界条件可Ｗ简化为下Ｈ种情况，对于这Ｈ种情况，只需要将相应的条件增加到上述的计算过１７ 合肥工业大学硕±学位论文程当中即可。一致①如果粧顶可，＾＾＾自由转动时求解与上述；０②如果粧顶固定不能转动，；此时粧顶的转角为＝＂＝即满足：妍＾０ａｘ⑨如果植顶受到约束而不能发生完全转动，此时需要考虑上部结构和地基的＝保问作用，即相部结构巧咖３、水平地基系数随深度线性增长的比例系数ＷＷ值会随着植的水平位移的增加而减小，此时通过水平荷载的试验来确定其值。国２．５（ａ）所示为两根钢筋漏凝±粧的荷载结果，可Ｗ明显看出随着植的水平位移増大，Ｗ值的变化情况。图２．５（ｂ）所示为其代表性曲线，可Ｗ分为Ｉ（弹性）、ＩＩ（弹塑性）、虹（塑性）Ｈ个阶段。根据水平荷载试验测得Ｗ值时，粧在最大的水平荷载下应该满足相应的条件才可。如果没有试验材料时，Ｗ值可Ｗ按照《建筑枯基础设计规范》选取。２４００１一００－０＼苗ｖ，Ｖ３—１１１１＾？０２４６８１０１２化ｙ〇（ｍｍ）ｂ（ａ）（）２－图．５ｗ值粧的水平位移关系图Ｆ－ｉｇ．２．５所Ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｌｅｏｆｄｉａｒａｍｐｐｇ２．．５２复合地基反力法中的曲线法推导过程对于粧基水平位移较小的情况下，我们通常采用线性弹性地基反力法。而通过柱的试验表明一点处的粧周止压力和该点处，当粧的位移相对较大时，植身任粧的晓度之间的关系并没有呈现线性相关。此时我们采用复合地基反为法中广泛应用的ｙ曲线法。－１、ｆｙ曲线的确定曲线确定最佳的方案是现场实测。沿着粧体的入±深度实际测出粧的捉一般情况下度和王体反力，但是很困难。因此，我们是先测出植身的弯矩Ｍ，在１８ 第二章水平荷载作用下大直径植的性状分析一巧下式计算出ｙ和Ｐ，可是该式存在的缺点是与实际误差相差较大，还需要进步的分析。＝＝ｙ齡’ｐ普口巧现在常用的室内Ｈ轴试验推测：ＭｃＣｌ姐ａｎｄ和Ｆｏｃｈｔ等通过试验发现，可Ｗ根一－据±体的应为应变关系，求得粧体上每隔定深度的曲线，再配合现场试粧，这样的话可有效改善目前的计算方法。室内Ｈ轴试验和现场试粧有如下的关系：＝Ｐｓｄ２．１０ｙ扰扣（）一式中：为粧侧主体达到极限侧向±阻力半时粧的侧向水平位移；一为相关系数般取２．５，只；ｓＨ轴试验中最大主应力差一半时的应变值为，对于饱和度大的软粘±可￥。一取无侧限抗压强度半时的应变值，如果没有试验资料，可Ｗ按照表２．１选取；ｄ为粧径或者粧宽；表２．１￡５０取值Ｔａｂ．２．１Ｔｈｅｖａｌｕｅｓｏｆ巧０ＣｋＰａｕ（）？１２２４０．０２２４？４８０．０１４８？９６０￡７－２、软粘±的，＾曲线ｔＷ－ＡＰＩ常用的ｆｙ曲线有（美国石油学会）规范法、河海大学法。本章节仅介绍我国港口工程用的ＡＰＩ规范法。－不排水抗剪强度标准值《９６ｋＰａ的软粘±；；，其／３曲线可Ｗ按照下列公式来规定；＞９６ｋＰａ的硬树于不排水抗剪强度标准值Ｇ粘±，按照试植资料来确定曲线）（１）：粧侧单位面积的极限水平主体抗力标准值，按下式计算Ｚ２①当＜时：，，＝３仁＋芦＋＂＂聲ｄ２．１１）（②当Ｚ含Ｚ时：，＝９Ｃ２．１２Ｐｕｕ（）口．。）＋第的ＵＺｋＰａ式中：Ａ为泥面Ｗ下深度处粧侧单位面积极限水平±抗力标准值（）；Ｃ为粘性主不排水抗剪强度的标准值？３一ｍ７为±体的容重（ｋＮ／ｍ）；Ｚ为泥面下粧的任深度值（）；一系数￣，般取０．２５０．５ｄ为巧的直径ｆ为；；１９ 合股工业大学硕±学位论文Ｚ为极限水平主抗力转折点的深度（ｍ）；，－（２－ａ）静载作用下的ｆｙ曲线（见图２．６）１＾＿２Ｌ＜８．王＝＿２Ｌ①当时０．５２．１４（／（）於０Ｐ＂ｙｓｏ＿Ｚ＿＾＞８－＝②当：１．０２．１５时（）ｙ如Ｐｕｉ式中：＾为泥面Ｕｌ下Ｚ深度处作用在粧上的水平抗力标准值（ｋＰａ）ｙ为泥面Ｗ下Ｚ深度处植的侧向水平位移（ｍｍ）－３２６－ｂ）２（）（见．２取循环荷载作用下的ｆｙ曲线图．，按照表值！２－表．２ｐｙ曲线确定Ｔａｂ２－．２．Ｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｃｕｒｖｅｐｙ里王ＰｙＰｕ少如＾＾００００么＞２０．５１．０２＜么０＊５１．０＇ｆ０７２３．００．７２３．．０＞．０００／０７２．７２ｚｚ１５．０ｒ＞００．７２ｚ／Ｚ０ｒ＇Ｉ，‘—１．０１．０＾Ｊｆ＞ＪＴｆ＇＾。心＝０５．（），声ＪＳＰｕ？＾饼＜含／令ＪＩ，ＨＩ１１１Ｆｔ０ｌ．Ｏｏｉ１．０３，０５义々’）巧ｙｆｙ说（ａ）藏觸静载０？循坏荷载２主的－图．６软粘ｐｙ曲线Ｆ２－ｉ．６ｇ．Ｓｏｆｔｃｌａｙｆｃｕｒｖｅｏｐｙ３－、砂性±的，ｙ曲线６７－６９－［ｌ有关巧性±的？曲线介绍采用美国ＡＰＩ规范法（１９９３年版）：；＾①当时：＝Ｃ＂Ｃ￡２２．１６ｆａ（ｌ２〇；（）②当时：，＾Ｃｄ２Ｐ．１７ｕｓ芦（）２０ 第二章水平荷载作用下大直径植的性状分析式中；为泥面Ｗ下Ｚ深度处枯侧单位面积极限水平±抗力标准值（ｋＰａ）；Ｃ、、；ｌＱＧ为系数２．６本章小结本章先介绍了儀粧的类型，然后分析了大直径粧在氷平荷载作用下的受力阶段Ｗ及刚性粧、中长粧和弹性长粧的破坏机理，并介绍了目前常用的水平荷载作－曲线法的推导过程用下粧基础的计算方法ｍ值法和ｐｙ，为后续对于鶴粧的承载性状的分析提供了一定的理论依据。２１ 合月Ｅ工业大学硕±学位论文第Ｈ章水平荷载作用下錯植的数值模拟３．１引言目前研巧粧的水平承载为和变形特性的方法，主要是依赖于模型试验和有限元模拟手段等进行。最好的手段是现场试验，结果更为精确，但是代价太大。得益于日益革新的电子计算技术，有限元方法得Ｗ大范围的使用于科研中，因为其造价成本低，效率很高并且可Ｗ模拟出你所需要的几乎所有工况。罐巧基础在水平荷载的作用下的力学行为本质上来说，就是粧主的相互接触，而粧±的接触问一种高度的非线性的问题题是，ＡＮＳＹＳ可Ｗ考虑到逸种非线性的应力应变关系，较好的模拟实际工程，并得到有效的，具有参考价值的结果。３．２有限元相关理论介绍义２．１有限元软件ＡＮＳＹＳ介绍ＡＮＳＹＳ软件是设计工程师用于结构分析，热分析，流体分体，电磁场分析等一，可广泛应用与航空航天，机械的有限元软件，交通，电子等般工业及科学研究领域。它可在大多数计算机和操作系统中运行，可与大多数ＣＡＤ接口，已经为ｗ工程师们实现工程创新极大地提高了效率ｔｉ。ＡＮＳＹＳ软件的主要特点有建模能力强大；求解能力强大，非线性分析能力强，通过相关的软件进行二次开发大优化能力良好优异的再开发可行性，可Ｗ；；实现使用者的多种需求等等诸多的优点。ＡＮＳＹＳ的使用模式包括交互模式和批处理模式。交互模式就是按照国形用户操作界面ＧＵ一Ｉ软件的菜单命令来操作，操作完某命令，软件界面上会有相应的反馈，使得使用者与软件更方便的交流。批处理模式是如果分析的问题非常的复杂，则可Ｗ将其写成命令流文件，通过其批处理模式进行分析。ＡＮＳＹＳ的模块包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块可用来进行实体建模及网格划分，通过这个模块用户便捷地建立有限元模型。。分析计算模块则由包括结构分，析热分析，流体分体和电磁场分析等后处理是通过矢量显示、彩色等值线Ｗ及梯度显等图形方式将前面两个模块的建模、划分网格、施加荷载和边界条件、求解所得到的结果显示出来，同时通过曲线形式、图表显示并输出计算结果。总而言之，ＡＮＳＹＳ作为大型有限元分析软件，功能齐全，结构分析能力极强，ｔＷ为分析人员节省了大量的时间和精为，大大的提高了工作效率。２２ 第Ｈ章平荷载作用下鶴粧的数值模拟３．２．２有限元法的原理一有限元法（ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ）是种高效能、常用的数值计算方法。有限元法就是将连续的求解域离散为一组单元的狙合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数一，从而使个连续的无限自由度问一题变成离散的有限自由度问题。概括来说；，有限元的基本原理为第步是将整体结构离散化，分成有限个单元，对于毎个单元进行分析，形成单元刚度矩阵，然后通过排列的方法使得其形成总的刚度矩阵；第二步是通过将外加荷载生成结点荷载列阵一，施加约束条件；最后步就是解方程组来获得结点位移，然后根据７ｔ３结点位移来求得此结构的应力和应变。有限单元法的分析过程：，大致可分为Ｗ下几步一（１）结构的离散化是有限元法的基础，即是将个复杂的连续体结构物离散为有限个单元体。２）选取位移形式。结构分离完Ｗ后，对典型单元进行特性分析。根据所选取（的位移形式一，导出用结点位移表示单元内任点位移的关系式，其矩阵形式是：３．１（）式中为单元内任一点的位移列阵Ｎ称为／；为单元的结点位移列阵；｛｝｛种［］形函数矩阵，它的元素是位置坐标的函数。３分析应变－位移和应力－应变的关系。（）（４）集合单元刚度方程，建立整体平衡方程剛＝尔｝片２）式中［Ｋ］为整体刚度矩阵；［Ｒ］为整个结构的节点力矢量；｛种表示整个结构的结点位移矢量。５求解节点位移。（）在整体平衡方程中加上边界条件１＾后，将其式展开求得接触未知位移。（６）求解单元应力。７分析计算得出的结果，进行后处理。（）巧 合肥工业大学硕±学位论文３．３有限元模拟分祈过程模型建立与网格划分＾：．１．１：１：：＾材料性质定义＿刖Ｌ＾处理Ｉ初始条件和边界条件设定］初始应力平衡＇ｒｉＴｚ：，施加外荷载并求解？？＾后細Ｖ）３．４非线性接触分析一种高度的状态非线性行为接触是，需要比较多的计算机资源。理解问题的物理特性和建立合理的模型非常重要，可Ｗ进行有效的计算。接触问题的解决有两个难点，首先是用户分析之巧接触区域是未知的，表面与表面会突然接触或者突然不接触，这会导致系统刚度的突然变化。其次大多数接触问题包括摩擦，摩擦是与路径有关的现象，，这就要求精确的加载历史摩擦的响应还可能是杂乱，使得求解难收敛。３．４１．接触问题的分类一一一柔体接触一接触般可，，是指１＾分为两种种类其为刚体个或者多个接一触面被当做刚体（其刚度远大于与么相接触的接触体），所通长可认为种硬材一一类是柔体一■柔体的接触料和种软材料接触时就属于种情况。另，是指两个或者所有的接触面都可Ｗ变形。（所有接触面具有相近的刚度）ＡＮＳＹＳ支持点对点、点对面和面对面这几种接触形式。每种接触方式使用的一接触单元对应问题，接触单元是覆盖在分析模型接触表面上的层单元，有限元２４ 第Ｈ章平荷载作用下錯粧的数值模拟模型是通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对。不同的接触单元具有不同的分析过程。一一－面接触方式本文鶴枯±体的接触问题为刚体柔体接触类型，运用面，把＂＂＂Ｔａｒ－刚性面即粧面当做目标面，用ｇｅｌ７０来模拟３Ｄ的目标面，柔性体即±体＂＂Ｃｏｎａ一一一的表面当做接触面，用ｔｌ７３来模拟。个目标单元和个接触单元叫做＂＂。．个接触对，并将其指定相同的实常数号，方便程序识别义４．２接触问题的分析方法一为了防止接触表面相互穿过，必须在这两个表面么间建立种关系。这种关系称为强制接触协调。强制接触协调的关系有Ｈ种：罚函数法、拉格朗日乘子法和増广拉格朗日法。一－±体接触使用的是罚函数法本文的饒粧。用个弹黃来施加接触协调条件称。为罚函数法，其中弹黃刚度或者接触刚度称为罚参数当两个面分开时，弹黃不＝。起作用，当两个面开始穿透时，弹黃才起作用该弹黃的变形量处满足方程Ｆ以，接触刚度ａ）越大，接触表面的侵入越小，然后，若该值太大的话，又会导致收敛困难。３．４．３接触面间的相互作用接触面之间有法向作用和切向作用。接触面的法向行为：当两个分开的面之一间的间隙变为零时，接触约束就起到作用了。在处理接触问题时，般不会限制一旦接触压力变为零或者负值时接触面之间相互传递的接触压为，，接触面分离，约束就不存在了。接触面的切向作用：当两者之间表面接触时，接触面之间要传递切向力，因此分析时需要考虑阻止面面之间相对滑动趋势的摩擦力。本文在鶴粧－止体的接触类型上选择的是不分离接触，这样的接触方式和辨定接触类似，不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可Ｗ有小的无摩擦滑动，即法向不分离，切向可有小的位移，这样使得计算精度相对比较高。３．５饋巧模型建立的相关理论３．５．１錯巧的计算模型本文。中的粧型为大直径薄壁钢管鶴粧，即在普通单粧的粧侧焊接四个互成９０的矩形状钢片（本文中称之为鑽片），植体和鶴片均由低碳钢制成，并且不考虑钢材本身的屈服。由此研巧鶴粧在水平荷载作用下的工作性状，鶴巧的图解见围３．１。２５ 合肥工业大学硕±学位论文未平稱钱化］ｉ々ＩｋＤ，磁資沒径Ｆ＊班片宽度Ｔ■磁幾臟，Ｔ，。裙巧巧度！＿化Ｌｆ＝保片織後卢ｉＵ－巧ｔ上據长Ｌ—王巧巧ＴｔＣ长，ＶＪ图３．１饒植的基本构造示意图Ｆｉｌ出ｇ．３．１Ｆｉｎｉｅｃｏｎｆｉｕｒａｔｉｏｎａｒａｍｐｇｇ３．５．２鎭粧和主体相互作用的结构分析３．日．２．１主体本构模型的选择±是岩石风化而成的碎散颗粒的集合体，其本构模型即应力应变关系非常复杂。本文中考虑止体的巧始应力巧态和施工所引起的初始位移场和初始应力场，一选用理想弹塑性模型，应变增加而应力状态保持不变，在达到定的应力状态后，即认为主体屈服。而在众多的弹塑性模型中，ＡＮＳＹＳ中较适合止体的有Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕ－－ｌｏｍｂ模型和ＤｍｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ模型，本文采用ＤｒｕｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ本构模型描－ＰＤ－Ｐ屈服准则－述±体的变形特性。下面主要介绍Ｄ模型及。ＤＰ模型主要有Ｗ下几个特点：（１）考虑了主应力的影响。２形式简单，所需参数少。（）３Ｄ－Ｐ准则考虑了。（）静水压力－Ｄｍｃｋｅｒ－Ｐｒａｅｒｒ－Ｃｏｕｇ屈服准则是对Ｍｏｈｌｏｍｂ准则的近似，通常称为ＤＰ准则ｏｎ－准则－或广义ＶＭｉｓｅｓ。ＤＰ准则的屈服面不随材輯的逐渐屈服而改变，因此没有强化准则，其本构模型选择理想弹塑性。该准则的屈服强度随着侧限压力（静水压力）的增加而増加，考虑了由于屈服而引起的体积膨胀，但不考虑温度变化的影响。该模型适用于颗粒状材料；，如主、岩体、混凝±等。其表法式为＝＝－（Ａ＋ＪＫ０３．３ｆ，＾（）ｙ［式中：＇＇２＂二一０－－。—？／０尸＋＾＋０：心１２向２３／的１／］〇２ｓｉｎ＜ｐ６Ｃｃｏｓ＜ｐ—＞－－不（３ｓｉｎｇ＞）乃。ｓｉｎ＜ｐ）２６ 第Ｈ章平荷载作用下鶴植的数值模拟一＊—一ｃＣ二主应其中，ｐ内摩擦角；粘滞力；主应力；０为第力；巧为第２二为第Ｈ主应力；为偏应为张量第不变量；对于ＤＰ材料一，当材料参数公，给定后，其屈服面为圆锥面，此圆锥面ｒ－是ＭｏｈＣｏｕｌｏｍｂ屈服面的外接圆锥面，见图３．２（ａ。该准则在子午面和７１平面的）截面图，见图３．３似和国３．３似。巧＝（Ｔ尸０２听〇＼ａ主应力空间中的ＤＰ准则（）口３Ｐ乂化／（ｂ）拉压子午面上的ＤＰ准则（Ｃ）ＪＩ平面上的ＤＰ准则图３．２ＤＰ屈服准则Ｆｉ．３．２ＤＰｉｅｌｄｃｒｉｔｅｒｉｏｎｇｙ３．ｔ２．２单元选择（１）粧体和主体本身的单元选择：任何的连续体，都可Ｗ利用网格生成技术离散成若干个小的区域，其中的每一一个单元个小的区域称为。在±木工程中常见的单元有杆单元，弹黃单元，梁单元，平面单元，壳单元，实体单元，和质量单元等。单元的类型对于有限元分析是非常重要的，因为单元是组成有限元模型的基础。由于饋粧为大直径薄壁空也钢管结构，用壳单元模拟更能体现它本身的性质，且ｓｈｅｌｌ单元可Ｗ减少计算量。因此本文中采用ｓｈｅｌｌｌ８１单元来模拟鐘植结构。Ｓｈｅｌｌ１８１单元适用于薄到中等厚度的壳结构，该单元有四个节点，每个节点有６个自由２７ 合弧工业大学硕±学位论文。ｌｌ度，Ｚ，Ｙ，Ｚｓｈｅｌ８１单，分别为沿着义Ｙ方向的平动及绕着节点Ｘ轴的转动元有强大的非线性功能，并有截面数据定义，分析，可视化等功能。ＳｈｅｌｌｌＳｌ单元如图３．３所示（该单元由Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ定义）４奇Ｉ＜玄￣Ｊ？＾Ｙ／４ｊ＾Ｊ２＞Ｔｒｏｅｏｎ父＜感愈６ａ。奶ｌａＯ三角形选项－不推荐图３．３ｓｈｅｌｌｌＳｌ单元几何描述Ｆｉｇ．３．３Ｓｈｅｌｌ１８１ｅｌｅｍｅｎｔｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ实体单元是工程实际中运用最多的单元类型ｓｏｌｉｄ，本文中±体采用实体单元４５单元，该单元有８个节点，每个节点上有３个沿着义Ｙ，Ｚ方向上平移的自由度，，，具有超弹性，应力刚化蠕变大变形和大应变的功能。该单元是六面体单元，可Ｗ退化为四面体和棱柱体。Ｓｏｌｉｄ４５单元如图３．４所示；ｌＩｋ⑥中－棱单函⑤。。品，？１Ｉ＾一２＊￣￣＾⑥四面体选项－不ＪＩ推荐Ｉ１Ｊ￣￣表面坐标系Ｘ图３．４ｓｏｌｉｄ４５单元几何描述Ｆｉ．４ｌｉｄ４ｌｎｔｔｉｌｄｉｔｉｏ．３Ｓｏ５ｅｅｍｅｅｏｍｅｒｃａｅｓｃｒｎｇｇｐ２８ 第三章平荷载作用下罐植的数值模拟（２巧±接触单元的选择）粧±之间的接触是一个相当复杂的非线性问题。由于粧的刚度要大于±体刚度，因此Ｗ粧结构上的面为目标面，而±体上的面为接触面，相应的接触单元为＂＂＂＂＂＂。目标单元和接触单元，两者合起来叫接触对用ＴＡＲＧＥ１７０单元模拟＂＂一ＴＡＲＧＥ一１７０单元刚性目标面粧面，般不会单独使用，而是与柔性接触单元＂＂起使用，为此选择ＣＯＮＴＡ１７３单元来模拟柔性接触面±面。面面接触当中，摩擦系数Ｍｕ和法向刚度ＦＫＮ控制接触的受力行为，见公式３．４，公式３．５，公式３．６所示。ＣＳ＝ＣＰｘＭｕ３．４（）ＣＰ＝ＣＴｘＦＫＮ３．５（）ＦＫＮ＝ＭｕｘＰＲＥＳＳＬＴＯ片６／）ＣＳＣＰＣＴ—、、其中，，接触摩擦为接触压为接触渗透值—ＦＫＮ，Ｍｕ，ＰＲＥＳ，ＳＬＴＯ接触单元的接触刚度、摩擦系数、接触位移、最大滑移因子３．５．２．３网格划分ＡＮＳＹＳ有限元网格划分是进行数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值分析计算结果的精确性—。并且ＡＮＳＹＳ般根据网格的数量、网格的疏密、单元阶次、网格质量及位移协调性等基本原则来进行网格划分。本文当中粧体结构比较规则，选用四节点Ｓｈｅｌｌｌ８１单元划分网格，单元形状。±为四边形，采用映射方式划分网格体几何较为复杂，选用八节点实体单元Ｓｏｌｉｄ４５划分网格，并且只能沿厚度方向扫略，采用扫略的方式划分网格，横截面单元形状为兰角形。为了减小误差并缩短软件计算的时间，在粧±接触面附近的±体，网格划分的较细，而远离接触面的止体，网格划分的稍为稀疏。３．５．２．４边界条件在ＡＮＳＹＳ的分析当中，考虑到模拟构构件的真实性，需要施加相应的边界条件，也就是约束条件。理论上来说，结构分析时，没有施加边界条件之前，刚度一般都是奇异的矩阵，只有嵌入了边界条件，使得它变为正定矩阵Ｗ后，才能对其进行求解。在有限元分析当中，施加边界能够限制结构刚体移动和转动，这样才能计算出有效的结果一，另外施加边界条件时还应考虑到施加的位置，般与结构和载荷等有关，因此，我们在计算的过程当中，最好选在远离结构分析的重要部位，由于边界条件的影响是局部的，这样做的话，根据圣维南原理，如此施加边界条件不会影响计算结果。本文当中施加的边界条件为：地基模型的底部固定约束，外侧径向的位移约２９ 合肥工业大学硕±学位论文束。３．５．２．５加载方式－Ｙ曲线中在计算鶴粧顶的Ｐ，与荷载控制方法相比，位移控制方法往往更能－位移么间的关系准确的得到粧顶的荷载。ＡＮＳＹＳ中可Ｗ使用多种方式施加位移，一般直接选择节点施加位移，还可Ｗ通过多点约束法施加位移，该方法施加方便，易于提取作用点的支反力。本文采用基于接触单元的多点约束法在粧顶部施加水一平位移，，位移作用点在粧顶中也处施加个Ｘ方向的位移约束，设置粧顶最大水平位移为化４公（Ｄ为粧径），在每个分析步中施加化０２ｍ的位移，共分８０个分－析步完成整个模拟过程，在历史输出中输出乂方向的位移和反为，由此得到荷载位移曲线。对于求解鐘粧和裸枯的枯身位移及弯矩时则采用常规的荷载控制方法，加载一一半内的所有节点上方式为将个水平集中为平均分配到粧顶表面积。３．６本章小结本章对于有限元软件ＡＮＳＹＳ、有限元的基本原理Ｗ及非线性接触进行了理论上的分析，并根据这些理论，阐述了粧止相互作用及本构关系。重点介绍了罐粧的计算模型和鶴粧和±体的结构分析，对于具体建模过程中涉及的单元选择、网一格划分、边界条件和加载方式进行了详细的表述。这对于下章水平作用下鐘粧レ和±体具体的参数选择ッ及模巧计算分析鶴巧的变形特性有很大的指导意义，奠定了坚实的理论。３０ 第四章水平荷载作用下鶴植（单植）的承载力性能研究第四章水平荷载作用下錯粧（单植）的承載力性能研究４．１引言能源是粗会经济发展的基础，如何有效利用可再生能源己经成为全球能源工业关法的热点问题一。风能是依靠风力发电来获取能量的种形式，且风能是目前最有前景的绿色资源和可再生资源，随着风电技术逐渐由陆上延伸到海上，近海风力发电已经成为可再生能源领域发展的焦点，大直径钢管饒粧基础是近海风电基础的新型结构，它除了承担自身和风电机组的重量外，主要承担水平荷载作用，°其单巧周身增加互成９０的四个鶴片对于抵抗水平承载能力有极为明显的效果，为此这种新型的鶴粧成为国内外学者研究的热点。本文运用大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ来研究鶴枯的水平承载力和变形特性。本章主要探讨Ｗ下几方面的内容：－－Ｙ曲线（荷载１、极限荷载下鶴植的Ｐ粧顶位移曲线）１鑽粧錯长变化时植顶位移－荷载曲线（；）鶴粧鐘宽变化时粧顶位移－荷载曲线（巧；３－荷载曲线（鐘巧枯长变化时粧顶位移；）４－荷载曲线（錐粧粧径变化时粧顶位移；）５加载方向变化时粧顶位移－荷载曲线（）鶴巧；６－荷载曲线（）鐘粧館片位置变化时粧顶位移；２一、般荷载下饋植和裸粧的粧身位移和弯矩分布规律（１）鶴粧和裸粧在不同水平荷载作用下植身位移和弯矩的分布规律；（２）鶴粧鎭宽变化时在相同的水平荷载作用下枯身位移和弯矩的分布规律；３（鎭粧和裸植植长变化时在相同的水平荷载作用下粧身位移和弯矩的分布规律；）（４）鶴粧和裸巧粧径变化时在相同的水平荷载作用下植身位移和弯矩的分布规律；５（）鑽粧和裸植±体弹性模量变化时在相同的水平荷载作用下植身位移和弯矩的分布规律；（６）錯粧和裸粧±体粘聚力变化时在相同的水平荷载作用下粧身位移和弯矩的分布规律；（７鎭粧和裸粧±体摩擦角变化时在相同的水平荷载作用下植身位移和弯矩的分布）规律；（８）鑽粧和裸粧±体泊松比变化时在相同的水平荷载作用下巧身位移和弯矩的分布规律；３、鶴粧和±体相互作用的变形云團；一些对于工程有益的结本文旨在通过Ｗ上几个方面的研究和探讨，可Ｗ得到论一，为后章群粧的分析工作做些铺垫和必要的准备。３１ 合肥工业大学硕±学位论文４．２韓巧Ｈ维有限元模型的建立４．２．１有限元模型的尺寸本文中的足尺鎭粧粧长为４０ｍ，粧径为４ｍ，館片长为１０ｍ，鐘片宽为２ｍ，钢管壁厚很薄，为５０ｍｍ。巧周止体沿深度方向的影响范围为Ｘ和ｙ方向取２２．５倍粧径，２方向取２．５倍粧长的立方体。文中涉及到几种不同工况的足尺罐植和实验室巧，。．１。具体参数见表４．１饒植和王体的有限元模型图见图４４１表．枯体几何参数Ｔａｂ．４．１Ｔｈｅｐｉｌｅｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ码粧长粧径植壁厚鶴片厚饒长鐘宽ＭＰＦ４０ｍ４ｍ５０ｍｍ０ｍｍＯｍＯｍＦＰＦ２１０４０ｍ４ｍ５０ｍｍ５０ｍｍ１０ｍ２ｍＦＰＦ２２０４０ｍ４ｍ５０ｍｍ５０ｍｍ２０ｍ２ｍＦＰＦ２４０４０ｍ４ｍ５０ｍｍ５０ｍｍ４０ｍ２ｍＭＰＳ４００ｍｍ４４．５ｍｍ２．１ｍｍ０ｍｍ０ｍｍ０ｍｍＦＰＳ２１０４００ｍｍ４４．５ｍｍ２．１ｍｍ２ｍｍ０ｍｍ２０ｍｍ．９１０ＦＰＳ２２０４００ｍｍ４４．５ｍｍ２．１ｍｍ２．９ｍｍ２００ｍｍ２０ｍｍＦＰＳ２４０４Ｑ０ｍｍ４４．５ｍｍ２．１ｍｍ２．９ｍｍ４００ｍｍ２０ｍｍＰＦＭＰＦＰ注：Ｍ，ＦＰＦ分别为足尺单粧，足Ｓ，Ｓ分别为实验室单粧，实验室鶴柏尺館巧；；ＩＩ４图．１鶴粧和±体的有限元模型Ｆ．１ｎｄｅｉｇ４．Ｔｈｅｆｉｎｉ化ｅｌｅｍｅｔｍｏｌｏｆｆｉｎｉｌｅａ打ｄｓｏｉｌｐ４．２．２有限元模型的参数本文中籍巧采用具有４节点的ｓｈ姐１８１单元，止体采用具有８节点的ｓｏｌｉｄ４５单元。鶴粧的弹性模量、泊松比、重度见表４．２。弹性主体的材料，等效于中等密实度的砂，．３。，其相关参数如弹性模量、泊松比、重度、内摩擦角、粘聚为见表４３２ 第四章水平荷载作用下韓枯（单植）的承载力性能研究其中考虑到±的性质随深度变化，其弹性模量假定为随±层深度线性增长，即：Ｅ＝￡＋－２４．１）（將：。＆。瓜。））其中，Ｚ时的弹性模量，每。照ＩＭＰａ／ｍ的梯度逐＆。为±层深度为。。为弹性模量按渐増加。植体和韓片是由钢材沮成，两者均采用线弹性模型模拟，符合广义虎克定律。４２表．缝枯材料参数表Ｔａｂ，４．２Ｆｉｎｉｌｅｍａｔｅｒｉａｌａｒａｍｅｔｅｒｓｐｐ材料类别ＥＶｒ（ＧＰａ）ＯｃＮ／ｍＯ巧体２０００．３７８表４．３±体材料参数表Ｔａｂ．４．３Ｓｏｉｌｍａｔｅｒｉａｌａｒａｍｅｔｅｒｓｐ￣材料类别材料模型￡（表层）ｙｃ可！°（ＭＰａ）（ｋＮ／ｍ）（ｋｐａ）（）－ａｅｒ３３ｉｔＤｒｕｃｋｅｒＰｒｇ１００．１６．５１０３５体４．２．３有限元模型的边界条件本文当中施加的边界条件为：选取王体区域侧面所有节点，施加法向方向位移约束，施。：地基模型的底部；选取±体区域底面所有节点加固定位移约束即。固定约束，外侧径向的位移约束如图４．２所示：Ｅ／ＭＭＺ￡ｉＥＮＩＳ１Ｉ唆嫁議＇々建裘賴声ｔｌｘ！Ｖ图４．２横型边界约柬Ｆ．ｅｌｂｏｒｎｔｒｉｇ４．２Ｍｏｄｕｎｄａｙｃｏｓａｉｎｔ３３ 合肥工业大学硕±学位论文４．２．４有限元模型的接触接触问题是鶴粧基础在水平荷载作用下的承载力研究中一个非常核也的问题一，是种高度非线性的问题，并且本文中需要考虑枯王之间的摩擦，这使得籍＝粧和±体的接触很难收敛。在本文中，设定粧王界面摩擦系数／／０．６５，用Ｔａｒｇｅｌ７０＂＂＂＂单元模拟刚性目标面枯面，用Ｃｏｎｔａｌ７３单元来模拟柔性接触面±面。目标单元和接触单元如图４．３和图４．４所示：ＷＡＮＥＢＴＯＳ画ＩＢＩＩＰ图４．３刚性目标面图４．４柔性接触面Ｆｉｇ．４．３ＴｈｅｒｉｇｉｄｔａｒｇｅｔｓｕｒｆａｃｅＦｉｇ．４．４Ｔｈｅ打ｅｘ化ｌｅｉｎ化ｒｆａｃｅ４．２．５有限元模型的网格划分鐘枯采用ｓｈｅｌｌｌ８１单元，通过网格划分后有５８４个单元；±体采用ｓｏｌｉｄ４５单元，有６６６８个单元（Ｔａｒｅｌ７０）有７２６个，ｔａｌ７３。刚性目标单元ｇ柔性接触单元（Ｃｏｎ）有巧８个。４．２．６有限元模型的地应力平衡在饋巧和止体相互作用之前一，关键的第步就是消除重力场形成的变形，即进行地应力平衡。所谓的地应力平衡状态是指如何使得地基±具有初始应力而没有初始位移的状态。在运用ＡＮＳＹＳ软件中，首先是建立模型，计算出±体在重力荷载下的位移场和应力场，然后用ＩＳＦＩＬＥ命令读入，这样可使得初始位移清零而能够保存应力。地应力平衡效果见图４．５、图４．６、图４．７、图４．８。，±．２％４６ｍ由图４．５可知，在重力的作用下体沿竖直方向的最大位移为０１，经过地应为平衡Ｗ后，由图４．６可知，±体的竖直位移仅为０．０００３７８ｍ。由图４．７，４，图．８可知自重下的应力云图和地应力平衡后的应力云图几乎没有什么变化。因此这样就达到了位移清零，而应力保存的效果。３４ 第四章水平荷载作用下鑛枯（单枯）的承载力性能研巧八＾．Ｃｉ八ＮＥｍＳＳａｉｌＪ证Ｂ３ＳＣＬＩＩ谢＼ＳＪ１ＳＤＴＥＰ－ｌ－ＳＳＩＩ？１■励…ＳＤＥ£？＊１？－巧１班：陆￡．１０狂．．？苦■＇？供巧化巧；一５＞３Ｖ＾＞１４ａｏｃ－ｉ６Ｃ－Ｍ．１３．ｅＰｆｃ巧ＳＨＥ！ＳＳＬ－＇、？、．．－；．．＇＇’；ｏ＇否ｒ方Ｖ：民夢％當城凑－寒、戸如＾餐－－．－＂，序．＇＇一■ｔＱＭ巧苗徽ｒ泌＇ｉｉｉＴ獻；ＨｉｌＭＷｉｉ？－：ｉ－Ｍ－巧Ｗ；Ｕ訓－遞—Ｈ－．巧中．ａ贈Ｉ－Ｉ－－－－訓８扁Ｓ．ＩＭ‘．－．＂—．—；—：贈Ｓ＿．！巧派；：ｊ＿＿ｗｕ－；細－４進識〇．８．．．图４．５自重下的位移云图图４．６地应力平衡后的位移云图Ｆ．４５Ｕｎｄｅｔｈｅｍｓｅｎｉｇ．ｒｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｅｎｔＦｉｇ．４．６Ｄｉｐｌａｃｅｍｔ打ｅｐｈｏｇｒａｍｏｆｓ任ｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍａｆｔｅｒｂａｌａｎｃｅ？：？ｍａｎＦ．Ｌ．＾ｓａａｉｓＱｖｎｚｓｓＨＩｓｉＥＦ＝Ａｉｓ巧一－ｓｉｃ？ｉ＞了泌￡？１巧３＂ＫＳＹ－ＳＯ？ｓ－．前，。ｉｉ〇４屬編ｇ？？■－■＾ｙ－パ＇，＾＊＾＇巧Ｊ＾＾ｍｍｍｓｍｓＢｍｍＬ＾？．．－＾？ｊｔ？．．？：Ｂｅｓ．：ｆクｉ—ｉＨ；ｆｆ．：：４ｔ－。－１２证，２，－Ｓｅ：：。：－－Ｕ；；Ｓ．Ｓ？：Ｓ＂ｉ…——一…－－＊－＞豁－，－》。，＂。ｓｉ他《泌；効慾巧銜巧；链＂＂＂＂。：Ｕｉ？？－－－＇－－－．。化；；．Ｕ化巧ＳＳｎｉＳＭＭＭｉＳＭＭ＊－！－，－－－．Ｕｉｔｒ３．ＩＭＭ？ｉＳＳｌＢＭ？扣０ｉ巧》图４．７自重下的应力云图图４．８地应力平衡后的位移云图Ｆ．４Ｕｎｅｒｅｈｉ４．ｒｉｇ．７ｄｔｈｅｗｉｇｈｔｏｆｔｅｓｔｒｅｓｓＦｇ．８Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇａｍｏｆｓｔｒｅｓｓａｆｔｅｒｎｅｐｈｏｇｒａｍｂａｌａｎｃｅ４Ｐ－Ｙ曲线（荷）．３极限荷载下韓巧的载４庄顶位移曲线４．３．１靖片长度的影响：设定实验室罐粧擔片长分别为１００ｍｍ，２００ｍｍ４００ｍｍ实验室植，，得出荷载－９位移曲线如图４．。由图可Ｗ看出，当枯顶的水平位移是巧捏的１０％时，对于ＭＰＳ，ＦＰＳ２１０，ＦＰＳ２２０，从模型试验中预测其承担的荷载分别是１１２Ｎ，１４０Ｎ和１７０Ｎ拘，与数值分析的预测结果是类似的。因此使用ＡＮＳＹＳ对于实验室鶴巧的数值分析得Ｗ－ｅｎ出的粧顶ＰＹ曲线与Ｐｇ等模型试验测得的数据进行对比，说明该数值方法可用来预测枯的性能，具有可行性。３５ 合肥王业大学硕±学位论文，足尺椎：为了研究足尺粧的罐片长度对鶴粧水平承载力的影响分别取饒片－４长度为１０ｍ，２０ｍ，４０ｍ进行计算，得出了相应的荷载位移曲线，见图．１０。由：１图分析可Ｗ看出錯粧的水平承载能力明显高于普通单巧，且随着罐片长度的（）増加，鐘粧所能承受的水平荷载也随之增加。（２）如果在曲线中取水平荷载１００ＭＮ的位置，对应四种工况粧的水平位移，可得出罐粧的巧顶位移远远小于普通单巧，这说明粧顶罐片能够増加植与±体的接触面积，从而在水平推力不变时减小粧顶位移。因此在驻侧设置鐘片对于控制粧顶的水平位移有着相当重要的作用。一３Ｐ－Ｙ曲线末端逐渐趋向于条直线，说明此时饋粧达到所能承受的极限荷载。（）我们可Ｗ定义植体顶部产生１０％植径的水平位移所对应的荷载为破坏荷载（可谓之许用荷载），因为正常情况下这个程度的变形足破坏植体结构。ＩＩＩＩＩＩＩ２５０１１１１１１１１？３５０！：；＾＂＊＊—＾＾＂＊ｉｍｅｅＦＰＦｉｄｐＵＳ２１０＾＊？／Ｓ＊＾－ｎｅｄ．ｉｌｃ２１００ＦｍｐＦＰＳ２０／ＭｏｉｍｐｉｌｃＭＰＦ５０－＾＾Ｆｎｎ１ｉｅｄｉｌｅＦＰＦ２０ｐ５０Ａ＾＾。ＦｎｎｅｄＵ＜ｘＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２２０ｅＦＰｐｉｐＳ２１０ｐ哪－ｌｅ．■ＦｉｎｎｅｄｐｉｅＦＰＳ２２０＾ＦｉｎｎｄｉｌｅｉＦ２４０■．．．．，ｙｐｙ０５１０１５２０２５３０３５４００５１０１５２０２５３０３５４０削ｅｈｅａｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔ％ｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｄ）Ｐｄｍｐｐｉｌｅｈｅａｉｓｌａｃｅｍｅｎｔ％ｉｌｅｄｉａｅｔｅｒｐ）ｐ－４－图．９实验室粧水平荷载位移曲线图４．１０足尺粧水平荷载位移曲线Ｆｉ．４．９ＴｈｅｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅＦｉ．４．１０Ｔｈｅｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｇｐｐｇｐｐｍｏｄｅｌｉｌｅｓｔｈｅｆｕｌｌｓｃａｌｅｉｌｅｓｐｐ４．３．２錐片宽度的影响为了分析鶴片宽度对于靖粧水平承载力的影响，对于足尺粧ＦＰＦ２１０，ＦＰＦ２２０，ＦＰＦ２４０，建立宽度分别为Ｉｍ，２ｍ的模型，保持罐片的长度不变。见图４．１１所示。计算结果表明：①ＦＰＦ２１０錯粧（鐘长１０ｍ），比无錯植抵抗水平荷载的能力要高，但不是特别明显。且鑽片宽度由Ｉｍ增加到２ｍ的过程当中，虽然鑽植抵抗水平荷载的能力也逐。级提高，幅度不大②ＦＰＦ２２０饋植（鐘长２０ｍ），相对ＦＰＦ２１０粧来说，其水平荷载的能力明显比无鑽粧要大。宽度从Ｉｍ増加到２ｍ的过程中，水平承载能力变化不大。⑤ＦＰＦ２４０錯粧（儀长４０ｍ），相对ＦＰＦ２１０和ＦＰＦ２２０来说，比无鐘粧承受水平承载能力明显提高。随着宽度由Ｉｍ增加２ｍ的过程中，水平承载能力也明显随之增３６ 第四章水平荷载作用下鐘植（单植）的承载力性能研究加。分析出现Ｗ上的原因，可能是因为当宽度较小的时候，大部分水平荷载由粧身承担，且粧周±体由于受到枯体挤压而发生整体变形，±体变得松散，较窄的饋片与±体协调变形，并未产生较大的接触面力，故没有对其水平承载能力产生太大的影响。但是当籍片宽度较宽时，与周围王体充分接触并压缩止体，从而増加了有效的受荷面积，因此增加了水平抵抗能力，且在水平推力保持不变的情况。下，减小粧身的水平位移并且可Ｗ看出对于饒片越长的粧来说，相应的增加宽。度，比鑽片较短的巧抵抗水平荷载能力更显著？＇■■—２５０■＂Ｉ１ＩＩＩｒ］２５０Ｉｒ广Ｉ１ｉｉ２００－２００－－。－ｒｆ５０－？＋－Ｍｏｎｏｅ？Ｆ５０ｉｌＭＰＦ子ｉｎｎｌｍｐｅｄｉ脚０ｗｉｄｅｆｉｎｓｐ（）寺Ｆｉｎｎｅｄｉ２０ｗｉｆｉｎｓｒｅ２ｌ泣ｄｅ＾１０恤）Ｆｉｎｎｅｄｉｌ２ｍｗｉｄｅｆｍｓｐ（ｊｐ）Ｄ５１０１５２０２５３０３５４０＾；１５２；）２＾３；３＾！Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｌａ（＾ｍｅｎｔ％ｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｐ（）ｐＰｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔ％ｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｐ（ｐ）ＦＰＦ２－－（ａ）１０植宽度不同时水平荷载位移曲线（ｂ）ＦＰＦ２２０植宽度不同时水平荷载位移曲线３００１１１１１１１１－■－ＭｏｎｏｉＭＰＦｐｌｅ－．＾ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２４０ｌｉｎｗｉｄｅｆｉｎｓ．巧０ｐ（）－Ａ－ｉＦｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２４０（２ｍｗｉｄｅｆｉｎｓ）ｐ２００－－－Ｉ１５。，ＩＩＩＩＩＩＩＱ０５１０１５２０２５３０３５４ｌＰｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（％ｐｉｌｅ出ａｍｅｔｅｒ）ｃＦＰＦ２４０粧宽度不同时水平荷载－位移曲线（）４－图．１１鶴植宽度不同时水平荷载位移曲线Ｔｈｅ－Ｆｉ．４ＵｅｈｅａｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓＰＹｃｕｒｖｅｓｏｆ泣１ｉｌｅｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｗｉｄｔｈｓｇ．１１ｓｐｐ（）ｐ４．．３３植长的影响４．１２是足ＦＰＦ２１０１５ｍ２０ｍ２５ｍ３０ｍ３５ｍ图尺粧其粧长分别设置为，，，，，４０ｍ－。由图分析可得：１５ｍ３０ｍ的过程中时粧项荷载水平位移團当粧长为増加至，３７ 合肥工业大学硕±学位论文鶴粧水平荷载能力逐渐增加，且增加的幅度比较均匀。从３０ｍ继续増加到４０ｍ时，一韓植水平承载能力提高的幅度很小。说明味的增加粧长并不能有效増强罐植的水平承载能为。＇＇＇ＦｉｍｅｄｉｌｅＥＰＦ２１０（１５ｍｌｏｎｐｇ）－２２５Ｆ＂ｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２１０（２０ｍｌｏｎ）ｐｇ－－＾ＦｉｎｎｅｄｌｅＦＰＦ２０ｌｏｎ－２００ｐｉ１（２５ｍｇ）ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２１０３０ｍｌｏｎｐ（ｇ）ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２１０３５ｍｌｏｎｐ（ｇ）－０－５＂今ｉｎｎｅｌｅＦＰＦＵ４０ｍｌｏｎＡＦｄｉ０（ｇ）一參ｐ也－Ｉ１２５Ｉｔ＾ＩＩＩｉＩ１Ｉ００５１０１５２０２５３０３５４０〇Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｉｎｅｎｔ（／〇ｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｐ）图４Ｆ２－．１２ＦＰ１０粧长不同时水平荷载位移曲线Ｆｉ－．４．口Ｔｈｅｉｌｅｈ的ｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓＰＹｃｕｒｖｅｓｏｆｆｉｎｉｌｅＦＰＦ２１０ｇｐｐ（）ｐＷｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｐｉｌｅｌｅｎｇｔｈｓ４．３４粧径的影响．图４．５ｍ３ｍ４ｍ时．１３是足尺粧Ｆ即２１０其粧径分别设置为２ｍ，２，，３．５ｍ，植－顶荷载水平位移图。由图分析可Ｗ得到：随着植径的增加，足尺韓枯的水平承载能力也增大，且増加的幅度非常大。由此可见増加粧径对于提高鶴粧的水平承载能力非常有效。２—￣■５０ＩＩ）１Ｉ１ｔ＋ＦｋｍｅｄｉｌｅＦＰＦ２Ｋ）口ｍ出ａｍｅｔｅｒｐ）■０ｅｒｉＦｉｎｎｅｄｉｌｅ巧恥１２．５１１ｄｉａｍｅｔｊｅ）ｐ（－ｎｎｅｄａｍｅｒ－＾ＦｉｐｉｌｅＦＰＦ２１０３ｍ出ｔｅ—２００（）ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２１０３．５ｍｄｉａｍｅｒ（ｔｅ）ｐ＊ＰｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２１０４ｍｄｉａｍｅｒ（ｔｅ）ｐ■，洗Ｓ＂—Ｓ苗－一一＇Ｊ户一ＩＩＩＩＩＩＩＱ０５１０１５２０２５３０３５４０巧ｌｅｈｅａｄ出ｓｌａｃｅｍｅｎｔ％ｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｐ（ｐ）１３ＦＰＦ２－图４．１０粧径不同时水平荷载位移曲线Ｆ１－ｉ，４，３ＴｈｅｉｌｅｈｅａｄｄｉｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓＰＹｃｕｒｖｅｓｏｆｆｉｎｉｌｅＦＰＦ２１０Ｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｉｌｇｐ巧（）ｅｐｐ出ａｍｅｔｅｒｓ３８ 第四章水平荷载作用下鑽粧）（单粧的承载力性能研巧４３．５加载．方向的影响°图４．１４是对足尺罐粧ＦＰＦ２１０，施加与罐片成４５的荷载，和施加与鶴片平行°的荷载相对比－，得出的枯顶位移荷载曲线。由图可Ｗ看出施加与鐘片成４５的荷载时°，罐粧的水平承载能力超过了施加与鶴片成０时的鶴植的承载能力，当然，它们都同时超过了普通单巧的水平承载能为至少３０％。分析出现这样现象的原因，可能是因为惯性矩的増加，惯性矩是衡量结构抗弯性能的指标。对于鶴粧而言，一°向不同方向弯曲时，抗弯性能也不样，当施加荷载与鶴片成４５时，罐巧表现的一强度高，，，点，刚度增加变形小相对的弯曲程度也小因此承担的水平荷载能一些一力要大，相应的粧顶水平位移要小些。２００ＩＩＩＩＩ］１；！皆如ｒ－＾Ｈ￥２１０ｄｉｎｌｈ＼＾ｆｉｉｊ〇ｃａＢＫ）冬脈ｌ（Ｍ５Ｉｏａｄ《４。户（，１１１１１１１Ｑ０５１０１５２０２５３０３５４０Ｆｉｆｅｂｅａｄｄｉｆｙｌａｒｅｎｉｆｒｔ％ｆｌｅｄｉａｍｅｔｅｒ（ｐ）４－图．１４ＦＰＦ２１０加载方向不同时水平荷载位移曲线Ｆ－２ｉ．４１４ＴｈｅｉｌｈｅａｄｄｉｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓＰＹｃｕｒｖｅｓｏｆｆｉｎｉｌｅＦＰＦ…Ｗｉｔｈｄｉｆｅｒｔ．ｅｅｎｇｐ巧（）ｐｌｏａｄｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ４．３６錯片位畳不同时的影响．对于足尺植ＦＰＦ２１０，设定罐片的位置发生改变，分为Ｈ种，鶴片在顶端（Ｔｏｐ），鎭片在中间（Ｍｉｄ）ｏｔ）。．１５，鐘片在尾部（Ｂ从围４中可Ｗ看出随着罐片从植顶部向下移动时，横向阻为会减小，但是Ｈ种工况下的鎭植能抵抗的横向阻力都是大于普通单枯的，这可能是由于相对于普通单粧，獲粧平均刚度的増加，及鑽片与±体挤压使得其有效接触面积增加的原因。另外，在位移比较小的时候，Ｈ种工况的鐘枯之间的侧阻为的增加很有规律性，水平承载能力Ｂｏｔ模型最小，Ｍｉｄ模型在中间，Ｔｏｐ模型最大，而当位移比较大的时候，Ｍｉｄ模型承载水平荷载的能为＂＂反而超Ｔｏｐ模型，两条曲线出现了交叉现象，针对这种情况，从两个方面来分一Ｔ析，其是止体的弹性模量，ｏｐ模型由于表层±体弹性模量较小，鑽片无法完全发挥其作用ｉｄ模型中罐片所在位置的主体弹性模量较大，因此有效承载为，而Ｍ３９ 合肥工业大学硕±学位论文较大些；其二是±体的剪切模量，在实际当中，止体的剪切模量是随着应变增加而减小的。当位移比较大的时候，应变増大，剪切模量应该减小，而在数值模拟ｉｄ过程当中，我们设定的±体的剪切模量为常数，因此出现了Ｍ模型仿真结果偏大的情况。，与实际有所偏差２００１１１１１１１１—￣－ｎ１６０厂｜ＩＩ１＾［］—＾ＭｏｅｏｎｐｉｌＭＰＦ￣＊￣１－ｉ＾ＦＰＦ２１０ＴｆｉｎｓａｔｔｏＰｆ（ｐ）一－－脚２Ｍ１０細ａｔｍｉｄｄｋ策（）Ｖ—＃—ＦＰＦ２－１０Ｂｆｉｎｓａｔｂｏｔｔｏｍ）（１１ＬＪＬＪＩ＿！＿＿＿１０２０２５４００５１５３０３５Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（％ｐｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒ）图４－．１５ＦＰＦ２１０鑽片位置不同时水平荷载位移曲线Ｆ－１ｉ．５Ｔｈｅｉｌｈ出ｌａｃｅｍｔｃｕｒｖｅｓＰＹｃｕｒｖｅｓｏｆｆｉｎｉｌｅＦＰＦ２０Ｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔ．４１ｅｅａｄｓｐｅｎ（）ｇｐｐｆｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ４—．４般荷载下鶴巧和裸粧的巧身位移和弯矩分布规律对于在一般荷载作用下鶴粧和裸粧的巧身位移和弯矩分布规律的分析，由于一，粧体为薄壁空也植因此在计算中，其粧身位移和弯矩分布与般实必植有所不同。本文在计算植身位移时，因无法直接确定植轴线处水平位移，则先算出沿着植身左右边缘轴上各点的水平位移。，再计算两者的平均值得到粧轴线水平位移其次在计算粧体弯矩分布时，是提取每个截面上各个节点的轴向力，然后利用轴向力对其中性面求得弯矩，再将迄璧弯矩逐个累加起来得到每个截面的总弯矩。４．４１．罐粧和裸粧在不同水平荷载下植身位移和弯矩的分布规律对于鶴粧ＦＰＦ２１０和裸植，，保持其他参数条件不变，施加不同的水平方向荷载设定水平荷载为１０ＭＮ、２０ＭＮ、３０ＭＮ、４０ＭＮ、５０ＭＮ、６０ＭＮ这六种不同的荷载。錐枯和裸粧沿着植身的位移和弯矩的分布规律见图４．１６和图４．１７。４０ 第四章水平荷载作用下饋巧（单巧）的承载力性能研究Ｌｏａｄ－：１０ＭＮ－．－ｄ－疗－．Ｌｏａ：２４Ｗ￡２４气妻１０ＭＮ一－〇ｆＬｏａｄ－＾Ｑ：２０ＭＮｆ＾ｔＬｏａｄＩ：２０ＭＮ－－＊Ｌｏａｄ：３０ＭＮ冬ｄ：０ＭＮＬｏａ３Ｉ－－－－－－＊Ｌｏａｄ－．■：４０ＭＮ３２？３２Ｌｏａｄ：４０ＭＮＩ－－＃Ｌｏａｄ－：５０ＭＮ－Ｉ＊Ｌｏａｄ：５０ＭＮ夺－－Ｌｏａｄ；饥ＭＮｒＩ＊Ｌｏａｄ：６０ＭＮ＊－１１１１１ＩＩＩＩＩ＾＊４０１ＩＩ４０－■００．２０．００．２０．４０．６０．８１．．２０．２４０６０８０１．２．０１２０．００，．．１．ＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎＫｍ）Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍ）（ａ）ＦＰＦ２１０脚ｍｏｎｏｐ化图４．１６ＦＰＦ２１０和裸柱在不同水平荷载下的粧身位移Ｆｉ．４．１６Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｏａｄｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｇｐｐｇ由图４．１６鐘粧ＦＰＦ２１０巧裸粧在不同水平荷载下的粧身水平位移曲线可看出，粧身位移均在巧顶处达到最大值，然后沿着粧顶往下又逐渐地减小直至粧体位移为零，并且随着水平荷载的逐级增加，粧顶的水平位移也均是逐渐増加。可看出，在植顶位移减小的过程中，獲粧的下部比裸粧更早的减小为零，麾粧大约在植体０．６Ｌ处减小为零８Ｌ，，而裸粧大约在化处才开始减小为零这体现了罐粧的鶴片起到了很好的抵抗水平推力的作用。粧身水平位移曲线同样验证了柔性长粧的破坏方式，植底的水平位移为零，这与刚性短粧有着很大的不同，刚性短巧是粧顶和巧底都均有位移且方向相反。总体来看图中体现了植体变形的非线性现劇疯謹ｉ牛Ｌｄ的：抑ＭＮ－＾ＬＦｏａｄ：６０ＭＮ，■．＂■■．０１００２００３００４００５００６０００１００２００３００４００５００６００ｄ－ｉｎｍｏｍｅｎＢｅｎｔＭＮｔｎＢｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔＭＮｍｇ（）ｇ（）（ａ）ＦＰＦ２１０（ｂ）ｍｏｎｏｐｉｌｅ图４．１７ＦＰＦ２１０和裸枯在不同水平荷载下的巧身弯矩Ｆｉｄｉｎｔｔｈｉｌｔｈｄｉｆｔｈｒｉｔｌｌｉｄｉｔｉｏｎ．４．１７Ｂｅｎｍｏｍｅｎｗｉｅｄｅｏｆｅｒｅ凸ｏｚｏｎａｏａｄｎｒｅｃｓｇｇｐｐｇ图４．１７是表示鑽植ＦＰＦ２１０和裸巧在不同水平荷载下随着植体深度变化的粧身４１ 合肥工业大学硕±学位论文弯矩分布规律。由图可Ｗ明湿看出，粧身弯矩均沿着巧体深度从植顶开始先逐渐增大，当达到最大弯矩值Ｗ后，又开始缓慢减小至零。这可能是因为随着枯体深一直増加度的增加，主体对于巧体的反作用也是，有效的削弱了植体所受到的水平推力，与此同时枯体本身也有变形，粧体变形会挤压周围的±体，两者之间形成复杂的相互作用关系一，因此这也是粧身弯矩不会直谨增下去的原因。从总体来看，弯矩的，，粧的顶部和底部弯矩为零最大值大约出现在植体的中部如果是刚性短粧的话，，力学行为会跟柔性长植有很大的不同，根据其特性预测其植底的弯矩应该不会为零。并且随着荷载的増加，弯矩也随之增加，但是弯矩的最大值所对应的粧体的深度在逐渐往下移动，这可能是由于随着荷载的增大，粧±的变形加剧，导致上部主层发生屈服，无法对粧体提供足够的支撑，变形程度增大，因此最大弯矩出现的位移点在逐渐下沉。对比鐘粧和裸粧，鑽粧的弯矩值要明显小于裸粧，且随着水平荷载的增加，籍粧弯矩比裸粧弯矩值数值小的幅度也在逐一在粧体的０￣渐的增加。另．３Ｌ０．５Ｌ处方面，粧身的最不利影响范围大致，由此在实际工程设计中，要特别注意植体该位置抗弯承载力的满足。４．４．２鋒植鐘宽变化时在相同的水平荷载下艳身位移和弯矩的分布规律鉴于上述植顶位移的计算一，可得到当饒片长度为植体半时，即ＦＰＦ２２０鑽粧，其抵抗水平承载力的效率可，１＾达到最佳效果。因此在计算罐片宽度变化时选择了ＦＰＦ２２０这个工况来进行分析，设定鑽片宽度参数时，由于考虑计算收敛性的问题Ｗ及实际工程中真实的情况，没有设置过大的宽度。设置鐘植ＦＰＦ２２０宽度，与裸粧做对比为Ｉｍ和２ｍ，施加相同的水平荷载６０ＭＮ，分析其粧身位移的曲线，并且分析弯矩分布规律时，为了曲线的清晰可观，只选取了裸粧和鶴片宽度。为２ｍ的弯矩曲线。具体见图４．１８和图４．１９ｒ化＾ｔ皆ＭｏｎｏｉｌｅＭＰＦｐ（）＇－ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２２０ｌｍｗｉｄｅｆｐ（）—Ａ—ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２２０２ｍｗｉｄｅＩｐ（）１１１１－４０ＩＥ１０．．００．２０．４０６０乂１．０１．２Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍ）图４．巧ＦＰＦ２２０在錯片宽度不同財的植身位移ＦｉｇＡ１８ＬａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｉｌｅｄｅｐｔｈｆｏｒＦＰＦ２２０ｐ４２ 第四章水平荷载作用下獲巧（单植）的承载力性能研巧■＇—＇〇－■－８ＬｉｎｅｏｆｍａｘＢＭ．．、、、、ｓ、、－、－－＾１６Ｊ？；、■ｔ－２４－■Ｘ■Ｓ．．．＜＞／■３２－八■／－—■—ＭｏｎｏｐｉｌｅＭＰＦ少（）ＦｉｎｎｅｄｉｌｅＦＰＦ２２０２ｍｗｉｄｅｐ（）１１１４０ＩＳ１１０１００２００３００４００５００如０ＢｅｎｄＭＮ－ｉｎｇｏｅｎｔ（ｍｍｍ）图４．１９ＦＰＦ２２０在鶴片宽度不同时的植身弯矩Ｆｉｇ．４．１９ＢｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｗｉｔｈｐｉｌｅｄｅｐｔｈｆｏｒＦＰＦ２２０由图４．１８可Ｗ看出，在承受相同水平荷载的作用下，鶴植比裸粧植身的水平位移要小，且裸枯的下方较早的就发生了水平位移，而鶴粧的下方几乎没有位移。并且随着鶴片宽度的增加，从Ｉｍ到２ｍ的过程中，披体的水平位移逐级减小，但是减小的幅度不是很明显。由图４．１９可Ｗ看出，裸粧的最大弯矩值要比宽度为Ｉｍ，２ｍ的鶴枯弯矩值大１２％和１８％左右。随着饒片宽度的增加，最大弯矩值对应的粧体深度点要随之下降，这对于鶴粧和裸粧而言非常明湿，然而对于ＦＰＦ２２０的两种饋片宽度的工况来说，变化非常小。出现上述的原因，可能是因为枯侧鑽片的作用增加了与±体的接触面积，所Ｗ使得鶴粧的水平承载能力相对于裸粧来说高很多，因此鶴粧的粧身位移要小并且也更早的达到粧身的最大弯矩点。但是由于施加的水平荷载与罐片平斤，所Ｗ一增加鶴片宽度只是在定的范围内起到了増强粧体承载能力的作用，效果不是特别明显。４．４３錯植和裸粧粧长变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律对于儀粧ＦＰＦ２１０和裸粧，保持其他参数条件不变，设置粧长参数为２０ｍ、３０ｍ和４０ｍ，施加相同的水平方向荷载６０ＭＮ，鶴粧和裸粧沿着粧身的位移和弯矩的分布规律见图４．２０和图４．２１。４３ 合肥工业大学硕±学位论文＇＇＇ＩＡ￣－－４？卸〇＇ＩＩＩ＇Ｉ广ＩＴ＊３＊Ｊｉ＾Ａ八Ｉ＾｜＂－．－．１２０｜＿泌＂；°°＋Ｌ＝２０ｍ－■＋＝－３０／－．／Ｌ２０ｍ－４３０－＾Ｌ＝３０ｍ巧一＝４０ｍＩＩ一－扫＝＾严１Ｌｍ《ＡＩＩＩ１一￥ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ＿４Ｑ４Ｑ－＾０．２０．００．２０．４０．６０义１．０１．２ｔＵ０．００．２０．４０．６０．８１．０１．２１．４１．６１，８２．０ｉＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔ＾Ｄｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ＾ｐ））ｂ）ｍｏｎｏｉｌｅ（ｐａＦＰＦ２１０（）图４．２０ＦＰＦ２１０和裸巧在巧长不同时的植身位移Ｆｉｇ．４．２０Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｐ＂ｅｄｅｐｔｈｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｐｉｌｅｌｅｎｇｔｈｓ由国４．２０可知，増加粧体的长度能够改变粧顶的最大位移，具体地来说即植顶的最大水平位移都会随着粧长的增加而减小，两者之间呈反比例的关系。当枯＝长很小时（Ｌ２０ｍ），粧身的位移分布接近线性分布，而且粧底还有位移，这说明一粧长比较短时，整个植体相当于围绕某个点发生刚性转动，并且由粧体本身承受了大部分的水平荷载而粧周±体还没有进入塑性状态，此时枯体接近短粧，具＝４。０ｍ有刚性短植的破坏特点而当粧长很长时，（Ｌ），植身位移分布呈非线性特一征，点，最后也同，图中可Ｗ看出植身位移自柱顶同向减小然后反向稍微増大向减小直至枯底位移等于０，具有明显的柔性长巧的变形特点。总而言之不论是罐ＬＪ枯还是裸巧，适当地増加巧长都可：ｌ提高枯体的水平变形能力，但是同样也会带来工程造价的上升，并且獲粧的水平承载能力还是明显高于裸粧，具有很高的工程利用价值。０ｉＴ４：１１１Ｉ１１０．０－。。ｔｔ＾■＇．＾－＋３０Ｌ动）ｍ＾．．３０尸＝ｍ－■－＝２０ｍＬ３０Ｌ￣＾＝－－＝ｉＬ４０ｍＬ３０ｍ＾－？－＝１１１１Ｌ４０ｍ，．，．Ｕ，．，０１００２００３００４００５００］〇〇２００３００４００５００６００ＢｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔＭＮｎｉｇ（）Ｂｅｎｉｉｕ＾ｍｏｍａｔ（ＭＮｍｇ）脚ｍｏｎｏｉｌｅａＦＰＦ２ｐ）１０（图４．２１ＦＰＦ２１０和裸枯在粧长不同时的粧身弯矩Ｆｉｇ．４．２１目ｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆ出ｆｅｒｅｎｔｉｌｅｌｅｎｔｈｓｐｐｐｇ４４ 第四章水平荷载作用下鑽柱（单植）的承载力性能研巧４．２１从图看出鶴植和裸粧的粧身弯矩在粧顶处弯矩不为零，是因为在使用ｏｒｉｇｉｎ软件画图的过程当中，由于横纵坐标范围的调整的原因，显示出来的粧顶是有少部分弯矩的，实际上粧顶弯矩应该是为零的，因为植顶是自由端，没有任何约束一。为了避免出现误解，特此说明下。分析图４．２１可知，鑽粧和裸枯的粧身所受到的弯矩自粧顶开始逐渐地增大，当达到弯矩最大值后又缓慢减小，增大粧长就会使得粧体承受更大的弯矩作用，从而可能会降低了粧体的抗弯承载为。并且巧距离粧顶很近的位置，鎭巧和裸粧在不同的粧长下弯矩的变化值幅度很小，而在距离粧顶１０ｍ后随着植长的增加弯矩之间的差异很大，同时在从２０ｍ增加到３０ｍ的过程中，弯矩的变化程度大，从３０ｍ增加到４０ｍ的过程中，弯矩的变化程度相对小很多。因此在实际工程当中，一我们要寻求最隹最优的植长，而不是味地增加粧长，这样不但可Ｗ确保巧顶的位移不至于太大，而且可Ｗ让植体具有足够的抗弯承载能力，达到既经济又适用的建筑结构设计原则。４４．４饒粧和裸巧粧径变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律．对于鑽枯ＦＰＦ２１０和裸粧，保持其他参数条件不变，设畳植径参数为３ｍ、３．５ｍ、和４ｍ，施加相同的水平方向荷载６０ＭＮ，罐枯和裸粧沿着粧身的位移和弯矩的分布规律见图４．２３。．２２和图４００ＩＩＩＩＩ＾１＼＿．．．．＿．－．’６言－－３２－ｍ－．．Ｓ３２端ｆ－１—Ｂ１１４０１１１ｔ〇’‘＇’’＇〇〇２〇‘４〇６〇８１〇１２０．００．２０４０．６０．８１．０１．２．１．．．１４６１８ＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｍｐＫ）Ｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｍｐ（）（ａ）ＦＰＦ２１０（ｂ）ｍｏｎｏｉｌｅｐ图４．２２ＦＰＦ２１０和裸巧在粧径不同时的粧身位移Ｆｉ．４．２２Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｓｇｐｐｐ由图４．２２可Ｗ看出，对于罐粧和裸粧来说，粧径越大，粧顶的位移越小，同＝ｍ时祥的条件下罐粧的粧顶位移要小于裸植。当植体直径Ｄ３，枯身位移从粧顶开始减小到零Ｗ后反向增大，最后又减小为零。由此可得出，直径越小，位移的反弯点反而会越多，并且位移反弯点对于粧径参数比较敏感，反弯点与巧顶的＝ｍ时位，即当直径Ｄ３移反弯点越接近于粧顶距离和植径的大小成正比，当直径４５ 合肥工业大学硕±学位论文＝Ｄ４ｍ时位移的反弯点越远离于植顶。另外，对于裸粧来说直径越大粧身位移的线一弹性行为巧对明显些，筵粧则没有这样的现象，Ｈ种直径工况下都具有明显的非线性。这可能是因为水平荷载比较小的时候，水平力主要由植体本身承受，随着植径的增加，植身的刚度和惯性矩也随之増加，这样整个植体抵抗水平荷载的一能力也增加。因此，适当地增加粧径能在定范围内提高粧体基础的抗水平位移的能力。－．＾．３２二歲－＾ｍ二歲ｍ＝４ｍ－＾Ｄ＝４ｍ．ＩＩｐ＂＾０１００２００３００４００５０００１００２００３００４００５００６００ＢｅｎｄｉｎｒａｏｍｅｎｔＭＮｍｇ（）ｍＢｅｎｄｉｎｏｍｅｎｔＭＮｎｉｇ（）ａ）ＦＰＦ２１０ｂｍｏｎｏｐｉｌ（（）ｅ图４．２３ＦＰＦ２１０和裸枯在植径不同时的植身位移Ｆｉｇ．４．２３Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｗｉｔｈｐｉｌｅｄｅｐｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｓ由图４．２３可｜＾看出，在相同的水平载荷作用下，对于鶴巧和裸巧而言，弯矩均是从植顶开始逐渐増加到最大值后又逐渐减小为零。增加植体直径使得枯体的抗弯承载能力下降，最大弯矩值点则会随着粧径的减小相对靠近粧顶，并且一化２＾０一．５Ｌ处弯矩的主要影响范围般在距离粧顶，这也明滿说明了味地盲目增大粧径是不能够有效地提高粧基础的水平承载能力性能。因此我们在结构设计过程中，同样要寻找效率最好的植径，使得枯体本身的变形不至于过大，并且具有较强的抗弯承载力性能。４．４．５靖巧和裸巧；ｔ体弹性模量变化时在相同的水平荷载下巧身位移和弯矩的分布规律ＦＰＦ２１０对于罐粧和裸粧，保持其他参数条件不变，设置粧周±体弹性模量参数为ｌＯＭａ、２０Ｍｐａ、和３０Ｍｐａ，施加相同的水平方向荷载６０ＭＮ，韓植和裸粧沿ｐ着植身的位移和弯矩的分布规律见图４．２４和图４．２５。４６ 第四章水平荷载作用下鶴巧（单粧）的承载力性能研巧０—ＩＩＩＩＩ＇＝＋Ｅ１０ＭＰａＱ餐Ｉ．■－３２．．过．３２１ｆ—Ｅ＝２０ＭＰａＩ—＝Ｉ■Ｅ３０ＭＰａＩＩＩＩＩＩ？４Ｑ—＊－－１＇＞＇＞＜０．１０．００．２．．．．．．１００３０．４０５０６０７０８４００．００．２０．４０乂０．８１．０．１２Ｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｐ）Ｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔ扭ｐ（）似ＦＰＦ２１０ｍｏｎｏｉｌｅ（ｂ）ｐ團４．２４ＦＰＦ２１０和裸粧在±体弹性模量不同巧的脏身位移Ｆｉ．４．２４Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｓｏｉｌｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｇｐｐ．２４可看到０ＭＮａ增加由图４，在６的水平荷载作用下，弹性模量从ｌＯＭｐ到３０Ｍａ０名３４ｍ减小到化６４１ｍ０．６９胞１ｐ，裸粧水平位移从，鐘粧水平位移从减小到化５３９ｍ，这是由于随着±体弹性模量的增加，粧体对±体的相对刚度减小，植体的柔性烧曲表现的更为突出，，而裸植的减小幅度要大于饋粧还是因为鶴片的效应使得±体弹性模量对其影响的不明显。总之，改良±体的弹性模量均能够不同程度地提高饒粧和裸粧的水平承载力，并且对于枯体的水平位移有很好的约束作用，有效降低其枯顶的水平位移。—￣￣０＊０ｈ＾Ｉ＝ａａａＩＩＩＩ１１１１－Ｌ．１１：：：＾Ｉ－＝Ｅ１０ＭＰａ＝＋Ｅ＝１０ＭＰａ—Ｅ２０ＭＰａ．．．３２．．－３７＾■—Ｅ＝２０ＭＰａ－＊－Ｅ＝３０ＭＰａ户違冬＝Ｅ３０ＭＰａ＂＾０１００２００３００４００５００６０００１朋２００３００４００５００６００ＢｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｌＭＮｍｇ（）ＢｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔＭＮｍｇ（）ａＦＰＦ２１０ｂｍｏｎｏｉｌｅ（）（）ｐ图４．２５ＦＰＦ２１０和裸粧在±体弹性模量不同时的巧身弯矩Ｆｉｇ．４．２５Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｗｉｔｈｐｉｌｅｄｅｐｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｓｏｉｌｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ由图４．２５可看到，随着粧周±体弹性模量增大，从粧顶到植身１６ｍ处，在承受相同的水平荷载作用下，粧身所受到的鸾矩基本相同，当超过这个范围的时４７ 合肥工业大学硕±学位论文候，，随着±体弹性模量的增加粧体所受的弯矩逐渐减小。可见，提高植周主体的性能能増加巧体的抗弯承载力。分析出现这样的原因，是由于随着±体弹性模量的增大，这，±体对于粧的作用也随之增强样止体所提供的反作用力减小了枯体所受到的水平推力。从图中还可看出，距离枯顶的距离越远，则增加±体的弹性模量使得弯矩减小的作用越发明显。另外鑽粧对于主体弹性模量増加的敏感程度要小于裸粧。４４．６．錯粧和裸粧主体粘聚力变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规律对于鶴粧ＦＰＦ２１０和裸粧，保持其他参数条件不变，设置粧周±体粘聚力参数为５Ｋｐａ、ｌＯＫｐａ、和３０Ｋｐａ，施加相同的水平方向荷载６０ＭＮ，獲粧和裸枯沿着粧身的位移和弯矩的分布规律见图４．２６和图４．２７。Ａ０ＩＩＩＩＩＩ．．．＿＿ｃ＝＇＋３２／聚力ｃ５ＫＰａ—粘３２：Ｔ＝Ｓｆｃａ二臘－－－：ｓ１—？１１１＇１４Ｉ１．Ｉ．Ｉ０〇？〇〇‘２〇－４〇’６〇？＊！？〇Ｕ０．００．２０．４０．６０．８１．０团Ｄｉｓｐｌａｃｅｍ畑ｔ（ｍ）ｓｌａｃｅｍ抑ｐ仙）ｂｍｏｎｏｉｌｅ（ａ）ＦＰＦ２１０（）ｐ图４．２６ＦＰＦ２１０和裸植在止体粘聚力不同时的植身位移Ｆｉ．４．２６Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｔｈｅｓｏｉｌｃｏｈｅｓｉｏｎｇｐｐ±体枯聚力的増大由图４．２５可Ｗ看出，随着，鶴粧和裸植水平位移随之减小，但是变化都不是很显著。植身在水平荷载的作用下发生的位移与±体对粧身的挤压发生的位移方向相反，止体粘聚力增大使得主体对于粧身的作用加剧，两者相互作用会促使粧身水平位移减小。４８ 第四章水平荷载作用下饋植（单植）的承载力性能研究￣￣Ｉ＇￣￣￣￣￣￣￣￣ｉ＇＇＇ｎ＊．－■－？－１６化Ａ＃一３ＳＳｊ／ｊ／＂＇－２４．＇富。４Ｉ＝－—．－？－－ｆ５肌ｃ５ＫＰａ３２？斗－＾ＣＰｌＯＫＰａ心口臟＾ＣＰＳＯＫＰａ，化，－－－—？＾＾＾０１００娜３００柳淵鄉０１＾２＾３；）＾０〇ｉｏＢｅｎｄ＇ｍｉｎｍｏｍｅｎｔＭＮｇ（）Ｂｍ．ｍｅｎｄｉｎｇｏｍｅＭＮ邮）ａＦＰＦ２１０ｂｍｏｎｏｉｌｅ（）（）ｐ图４．２７ＦＰＦ２１０和裸粧在±体钻聚力不同时的粧身弯矩Ｆｉｇ．４．２７Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｓｏｉｌｃｏｈｅｓｉｏｎｐｐ由图４．２７可看出，±体粘聚力发生改变时，鳄粧和裸粧的巧身弯矩分布图基本上没有什么变化，因此±体粘聚力的改变仅仅对粧身的水平位移有影响，而对水平受为的鶴粧和裸粧的抗弯承载力均没有什么实质性的影响。４．４．７館粧和裸巧止体摩擦角变化时在相同的水平荷载下巧身位移和弯矩的分布规律对于饒植ＦＰＦ２１０和裸粧，保持其他参数条件不变，设置粧周王体摩擦角参数°°９为１０、２５、和３５，施加相同的水平方向荷载６０ＭＮ，儀粧和裸植沿着植身的位移和弯矩的分布规律见图４．２８和围４．２９。０ＩＩＩ１０ＩＩＩＩＩ１Ｉ１１１■－８－－８■－－６－Ｊｒ１Ｊｐ１６Ｉ夏／专－／＇．－ｕ－２Ｓ－９４Ｓ２４。＋ｒｉ〇／。＋卿－。．－＇－３２［＝－３２＾２５°Ｉ９－＾＾２５！。抑？－－ｒ３５ＩＩ－００．．．．４．０７．．１０．００１０．２０３０５．６０．０８０００．２０．４０．６０．８１．０１２．Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍ）Ｄｋｌａｃｅｍｅ打伽）ｐａＦＰＦ２１０（）ｂｍｏｎｏｉｌｅ（）ｐ图４．２８ＦＰＦ２１０和裸粧在±体摩擦角不同时的柱身位移Ｆｉ４２８Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｉｔｈｉｌｄｅｔｈｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｉｌｆｒｉｔｉｌｇ．．ｎｗｅｐｏｓｏｃｏｎａｎｅｐｇ４９ 合肥工业大学硕±学位论文由图４．巧可看出，随着止体摩擦角增大，饋粧和裸粧粧顶的位移减小，变化量不大，减小的幅度均在２％Ｗ内，并且这样的趋势仅发生在靠近粧顶部分，而在粧底的部分摩擦角的因素影响就非常之小或者可说几乎没有影响。〇———ＩＩ＇———ＩＩ＞ＩＩ１Ｉ－■－－－１６１６｝－一＾－－■－－２４ｔ１。＋＝ｃｌ〇．．＋－ｐｌ３２摩擦角Ｏ３２．ｒＶ。夺２５。￣？＂２ｒ雜角ｒ５５。＿＾雜角种化，＿—＂＂＞？２〇〇］〇〇細姗柳Ｋｍ２ｉｏ气００ｍｓｉｃｍＢｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔＭＮｍＭＮ（）Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ（ｍ）ａＦＰＦ２１０ｍｏｎｏｉｌｅ（）脚ｐ图４．巧ＦＰＦ２１０和裸植在止体摩擦角不同时的枯身弯矩Ｆｉ４．２９Ｂｅｎｄｉｎｍｅｎｔｗｉｔｈｉｌｅｄｅｔｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｓｏｉｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｌｅ．ｇｇｍｏｐｐｇ由国４．２９可Ｗ看出，随着±体摩擦角增大，粧身弯矩分布曲线几本上处于重合的状态。，鑽枯和裸枯的最大弯矩值和最大弯矩值的分布点都基本没什么变化靖巧对比裸植在巧身的下部还稍微有点变化，幅度也在２％左右。这种现象说明摩擦角的变化对于水平受力粧的粧身位移和弯矩都不具有影响的价值。４４８館巧和裸植止体泊松比变化时在相同的水平荷载下粧身位移和弯矩的分布规．．律对于罐植ＦＰＦ２１０和裸粧，保持其他参数条件不变，设置粧周±体泊松比参数为化１３、０．２３、和化３３，施加相同的水平方向荷载６０ＭＮ，儀粧和裸粧沿着植身的位移和弯矩的分布规律见图４．３０和图４．３１。５０ 第四章水平荷载作用下獲埋（单粧）的承载为性能研充．２４１Ｉ－．Ｙ／＝＋Ｕ３＋１０．１３＾户Ｉ？／－－－＝一３－０２３ｐ〇．２３２１．＾｝；至—＊—ｔＫＡ＝１）３ｉ０．３３．３｜ｊ秦＿＇＿．．？－—．－００１０．．．２００．４０．５０６０．７．００１，３．气〇〇；４〇〇；２；广〇；＊品１２Ｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｐ牺）ｉｓａｃｅｍ迅Ｄｐｌ脚）ａ巧Ｆ２１０（）似醒ｏｐＵｅ图４．３０ＦＰＦ２１０和裸粧在主体泊松比不同时的粧身位移Ｆｉ．４．３０Ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｄｅｄｅｔｈｏｆｄｉ祇ｒｅｎｔｔｈｅ５０。ｏｉｓｓｏｎｒａｔｉｏｇｐｐｐ由图４．巧可Ｗ看出，止体的泊松比发生变化时，鐘枯和裸粧的粧身的分布曲线变化非常小，说明±体的沾松比对于植身的水平位移影响很小，可ｉＵ忽略不计。０＇＇Ｉ－￣￣￣￣－ｎ．．ｒ｜，。＋３－．柳－３２￣＋－２３１３．．邮．／阿．３２－－＝＝＞＾１０．３３ｅ（Ｕ３ｎ（－；＿＝＊０ｉ０４．３３，Ｉ，，，＾Ｊ＞■．０２４００６０ＣｌＸ■」，１１００００３００５００｜〇０１００２００３（Ｋ）４００５００６００ＢｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔＭＮｍｇ（）ＢｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔｆＭＮｍ／？、ｒ？ｎ亡。１ｎｇｌａＦＰＦ２１０（）（ｂ）ｍｏｎｏｐｉｌｅ图４．３１ＦＰＦ２１０和裸粧在上体泊松比不同时的粧身弯矩Ｆｉｄｉｎｏｍｅｎｉｔｈｒｉｌｄｈｏｆｄｉｆｔｈｉｌ．４．３１Ｂｅｎｇｔｗｅｅｔｅｒｅｎｔｅｓｏｏｉｓｓｏ打ｒａｔｉｏｇｍ｛ｐｐ由图４．３１可Ｗ看出，尽管±体泊松比的变化对枯体水平位移影响非常小，但是对植体的弯矩分布影响却很大，而这种影响主要集中在对粧身最大弯矩的影响，在粧顶和粧底附近的泊松比对粧身弯矩影响相对较小。另外±体泊松比对于最大弯矩值对应的粧身深度点影响不大。随着±体巧松比的増加，鶴粧和裸粧的最大弯矩值值巧明显提高，而其抗弯承载力随之减小。５１ 合肥工业大学硕±学位论文４．５韓粧与±体相互作用的变形图粧与王体的相互作用是非常复杂的非线性问题，它既不是几何非线性也不是一。材料非线性，而是属于边界条件的非线性问题般在其接触问题中，巧身是其。主要的分析对象，目的是为了确定粧身的变形和内力分布粧基础变形是由枯身变形，±体变形，Ｗ及粧主相对变形构成，而巧体的应力由巧体外所受的水平荷载和接触面上的应力共同决定的。因此粧和王体及其两者之间接触面的合理分析忌得非常重要。－本文的目的是研巧鶴枯的粧±共同作用，与单纯的粧±共同作用相比，鶴粧由于粧侧增加鐘片，与主体的接触面面巧増大，因此在处理接触问题上会更加复一些一杂。ＷＦＰＦ２２０鶴粧为计算工况，施加与对鐘片平行的水平位移，简单分析一下鑽植和±体相互作用的变形云图和内力分布。其中变形云图见图４．３２和图４。４４、４、．３３内为分布云图：粧身的轴为分布见图．３巧身的剪力分布见图．３５植身一的弯矩分布见图４．３６。应当指出的是，这计算机模拟是为了说明足尺鶴枯作为粧基础应用的潜在好处，为工程实际提供有利的参考。图４．３２所示的为粧±接触表面的变形。在水平荷载的作用下，粧身外侧与地基止体接触的区域产生主动，被动两个区域，粧身前±体因为受到水平推力的作用，发生的变形符合被动变形，植身后的±体由于驻体向前移动而向后侧填充留下的空隙，其变形符合主动变形。当巧身侧向位移超过植直径的１％时，王壤运动一的区域大致分布在地表面和半粧长之间，并逐渐延伸至大约７倍植径的区域。最重要的是，枯体和±壤么间没有间隙，这个可能是因为接近鶴片尾部的±壤分布向前移动填补轄片运动时所造成的间隙。可Ｗ清楚的看到±体的最大位移在其地表面。图４．３３所示的是鶴粧ＦＰＦ２２０的枯身变形。粧身位移主要分布在粧体的上部，一粧的底部几乎没有位移，。与水平荷载垂直方向的两个儀片发生了定程度的变形一，是因为鶴片的内侧部分在水平荷载作用下与鶴粧起移动，但是韓片的外部。又会被鑽片表面的止体挤压作用抑制了移动，因此罐片发生弯曲变形。图４．３４所示的是饒枯ＦＰＦ２２０的植身轴为图可Ｗ看出，巧施加水平位移的罐一一粧侧承受压应力，而另外侧承受拉应力。植体内忘最大的压力和拉力均发生在饋片的下方，压应力主要也都集中在鶴片的后方发展。国４．３５所示的是罐植ＦＰＦ２２０粧身剪切力分布图。这个图显示了大部分的剪应为集中在鑽植顶部，峰值剪应为也分布在前鑽的拐角和尾鎭的边缘部位。虽然剪应力也在粧体的中部发展，但是发展的程度是小于剪应力在鶴粧顶部的发展。图４．％所示的是擔植ＦＰＦ２２０粧身弯矩分布图。其中Ｍｉｌ是指錯植绕水平轴弯曲，Ｍ２２是，最大弯矩发生在与施加的荷载方向垂直的两个鶴片的交接的地方５２ 第四章水平荷载作用下鑽枯（单巧）的承载力性能研究指館粧绕竖向轴弯曲，与Ｍｉｌ具有类似的分布。＝（注：１，２３代表义ＹＺ个方向。），，ＫＣＤＡ１ＳＯ巧ＴＩＯＢＪ？ＨＳ巧。．３．１ＥＰ－２ＳＴ５ＵＢ巧。＇巧Ｓ成Ｖ｛Ａ５！ＳＫＸ？１５．？２０麵祖－＾．＇—产圓幽纖＇＇＇一－誦麵？！醒：言三．是２．２５．７５１．２５王．７５图４．３２±体的水平位移Ｆｉ．４．３２Ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｌｇｐｓｏｉ犯团正ｓｃｉｏｎ巧化．ｃＳＹＳｎ．ｉＳＴＥＰ＝：ＳＢ＊８Ｏ０了：ＳＣ－１Ｒｓｒｓ＾ＩＴＨＬｎａ－１．９１９废孤－．。巧２巧鐵違？ｈＬＩ．，５Ｃ５１王２．．２５．７５玉２５１．７５图４．巧巧Ｆ２２０粧体的水平位移Ｆｉｇ．４．３３ＴｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＦＰＦ２２０５３ 合肥工业大学硕±学位论文￣ｒＩ奶ａＣＥ．．ｉ；從。施扭洗。呪凹进巧猫巧迎齡ＴＳ１２９！ｓ孤与ＳＩＥＦｉ扣Ｅ巧妨功。巧＆■巧￡！主Ｓ２２（Ｗ５３Ｓ１１拍巧瓜束Ｓ－．面山化；１９１３ｔ３江说！＞？ＳＫ－．ｆ１故的嵌０８１２餐議■＇ＳＳ－．－．ＳＳ１０２Ｅ＾Ｓ＃９ＳＵＷ１［Ｉ麗１｜．．．———．：ＩＩ，Ｊ＾１＾Ｖ■？？？＾＊．？．．，，．？、ｌ■—，－■ｆｆｆｌｆｆｉｆ－－－＊＊．ｉ？Ｓ￡＋的．？狂巧了．２？ＳＷ１．了４０２＋巧．Ｃ巧ｔｅａ．Ｗ５Ｓ５Ｓ．巧巧《５－Ｓ：拓，巧－－－－泌ｍ－＂别－＂江ｃ过ｒ；側．ｗａｍ£巧巧？，ｉ£Ｍ．ｓｅｓｓＫｉ？．ｉｓ．ｕ■．ｓ畑巧？．巧《．！丸｜ｊａ－Ｓ－１２ｌｌｂＳ（）（）４Ｆ２２０图．３４ＦＰ饋粧的轴力分布图Ｆ４ＦＰＦ２２０ｉｉｕｏｎｉ．４．３ｆｎｉｌｅａｘｉａｌｆｏｒｃｅｄｓｔｒｉｂｔｉｇｐＡ巧四巧Ｃ掛巧．．＞Ｉ。巧Ｔ巧。Ｌ：妨￡Ｊ？ＥＩＳＣＬＣｎ巧ＵＳＳ。６１＊ＳＩＥＥ２ＳＩＥｒ－２－Ｓ掘Ｃ洒巧ＣＩ迅－ＩｓＴＫＥｉ１３２：蝴…阿）Ｓ－１．３１ＳＭ－１．ＨＳ？Ｉ或翻ｓ＾过説’ＴｆＩＪｉ，Ｖ．巧ｗ＾■，拓．—，紐，进：ｇｙ＿＿＿＿＿（＜－，＊—ｉｉ？巧，ｕ巧．ｗ队．２；ｓ口＂．＜ｃｉ￡沉—＊－－Ｍ．＂Ｒ＾Ｔ？巧：３巧巧１－。江的？．。巧Ｗ７？－－均巧Ｍ７紛：３Ｖ？前ｉ巧他ｒ巧神？－．ａ－Ｑ２（）１脚－Ｑ１３５４ 第四章水平荷载作用下罐枯（单巧）的承载力性能研充偽口ａｓ：做古涨巧抵Ｕ．１１辄ｗ了ａｗ巧：柳）孤ｗＭ近？．１Ｍ９ａｓ－．＋ｆ１２２ｌ９班■？谢【巧？可巧＊■｜｜Ｊ－４－－？？：：ｓｕ５ｌｅｅｚｓｉ？ｎｓｉ？ｈｓｓ．：凸？－－，ｎｒＡｉｍｍ？，口做巧泌．ｕｓｗｃ－２３（）Ｑ图４．３５ＦＰＦ２２０鶴巧的剪力分布图Ｆｉｇ．４．３５ＦＰＦ２２０ｆｉｎｐｉｌｅｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬＥＣＴ！．．ｉｓｉ航Ｅｓｓｍｖｘｍｍ１２９１肪広孩口ｃｃｉ巧曲巧３５Ｉ￡？ＣＳａＳｍＺ＞Ｓ処哟巧５Ｓ－－Ｔ２１７ＩＳ１＆２ＳＶ化：巧巧１２（Ｓ）孤巧抵Ｃ．ｎｓ１ｒ巧出Ｓ－１．９１９＾．ｓ，＂ａ－．ｓｕ似ＳＢｗａ＋ｎ；貧‘＾？誦＾ａｓ－ＳＩ扣斜？，９Ｓ－．化进地ｒｂｊ護Ｉｊ，孤葡搁驅誦－－……＾．麵－繼圓画画Ｔｒ＾：Ｔ：Ｔ＇寒Ｉ叩：ｒ－－ＭａＭｌｌｂ１２（）（）５５ 合肥工业大学硕±学位论文ＳＩ泣取邸拡ｉＳ比’，描出泣：１如剧？ｔ进！做取巧拖厂ＩｄＫ＇■ｉＣＫ，ｍｆＨｈｌａ－抑■义故ｃ：護’泌＂Ｉ似。匯，Ｉ－２，，－－．ｉＫ；．Ｕ巧竹；ＳＷＵＳ１１村３６．Ｉｆ巧＋Ｃ？－備－己？，；－．十Ｗ１￡，ＳＣ巧．口巧．２１巧？巧ｃ－Ｍ２２（）４２０图．％ＦＰＦ２饋粗的弯矩分布图Ｆｉ．４．３６ＦＰＦ２２０ｆｉｎｉｌｅｂｅｎｄｉｎｍｏｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｇｐｇ４．６本章小结本章主要介绍了水平荷载作用下缝巧承载力的性能研究，并通过与裸粧做相应的对比，说明了饋粧在水平承载力方面的优势。另外建立了錯粧的Ｈ维有限元模型，探讨了不同参数变化下对于罐粧和裸枯的水平承载力性能的影响，得出了一一一些对于工程实践有价值的结论，同时为下章研究群粧水平承载力性能做了定的基础铺垫。通过本章的研究，得出Ｗ下结论；一、在建模过程中得出：１（分析了对于地基±进行地应力平衡的必要性，使得在有限元模型中能够更）加真实的模拟±体的性能；－二－、在极限荷载下錯驻的ＰＹ曲线（荷载枯顶位移曲线）得出：（巧錯粧的水平承载能为比裸巧的水平承载能力有显著提高；３随着館片长度的增加，饋巧的水平承载能力也随之增加（）；４，随着鶴片宽度的增加饋粧的水平承载能为也随着增加，且对于館片长度（）更长的巧，增加的效果相对更明显。因此可得出鑽片长度对于鶴粧水平承载能力的影响要大于鐘片宽度的影响；（５）在合理范围内增加粧长的时候，鶴驻的水平承载能力也随之增加，但是超一过了定的范围，粧长对于鶴巧水平承载能力的影响则变得很小；（６）增加巧径能非常有效的提高饋粧的水平承载能力；°（７）改变加载的方向，当加载方向与籍片成４５时，其承载能力要超过加载方向与鶴片平行时的承载能力。（８）改变鶴片的位置，在位移比孩小的时候，水平承载能力从小到大的顺序依５６ 第四章水平荷载作用下鑽植（单植）的承载力性能研究次为裸粧、罐片在枯底位置（Ｂｏｔ模型）、鶴片在粧中位置（Ｍｉｄ模型）、鶴片在植顶位置（Ｔｏｐ模型）。当位移较大的时候，由于设定参数的原因，錐片在粧中位置（Ｍｉｄ模型）的水平承载能力要超过罐片在粧顶位置（Ｔｏｐ模型）的水平承载能力，与实际有所偏差。兰一、在般荷载下鶴粧和裸粧的粧身位移和弯矩分布规律得出：９分析不同水平荷载下鶴粧和裸粧的植身位移和弯矩可Ｗ得出随着水平荷载＿（）的增加，枯身的位移和最大弯矩值都会随之増加。一（１巧分析ＦＰＦ２２０粧鶴片宽度变化时的粧身位移和弯矩可Ｗ得出在定范围内增加鑽片的宽度能够増强粧体的承载能力，但是提高的程度不够明显。（１１）分析改变粧长，在相同的水平荷载作用下的罐植和裸粧的粧身位移和弯矩可Ｗ得出，适当的増加粧体长度可Ｗ减小粧顶的水平位移并且提高植体的抗弯承载力。１２分析改变植径，在相同的水平荷载作用下的鐘粧和裸粧的粧身位移和弯矩（）可Ｗ得出，盲目的增大巧径并不能够提髙粧基础的水平承载能力，在设计的过程中，寻找最优粧径，达到最佳的设计效果。（１３分析改变止体的弹性模量，在相同的水平荷载作用下鑽粧和裸巧的枯身位）一移和弯矩可得出，高雜模的±体对于粧体的位移有很好的约束作用，并在定程度上增加粧体的抗弯承载力。１４分析改变±体的粘聚力，在相同的水平荷载作用下獲粧和裸粧的枯身位移（）和弯矩可Ｗ得出，粘聚力仅仅对粧身位移有不明显的影响，对粧身弯矩基本上没有什么影响。（１５）分析改变主体的摩擦角，在相同的水平荷载作用下鐘粧和裸粧的枯身位移和弯矩可Ｗ得出，摩擦角的变化对于粧身的位移和弯矩的影响幅度基本在内，影响非常小。（１６）分析改变±体的泊松比，在相同的水平荷载作用下籍粧和裸粧的植身位移和弯矩可得出，泊松比的变化对于粧身位移的影响基本可Ｗ忽略不计，对于弯矩的影响比较明湿，水平受力粧抗弯承载为随着止体巧松比的增大而减小。５７ 合肥工业大学硕±学位论文第五章水平荷载作用下錯植（群粧）的效率研究５．１引言一群植基础是±木工程中的重要基础形式之。在目前对于水平荷载作用下植基础的性能研究中一，单巧的研究占据了很大部分，而就群粧而言其研究成果较一些少。这是因为群枯的原型试验比单粧的原型试验要困难很多，并且工程造价。费用相当之髙国内外对于群枯的研究资料也比较少，在各种技术规范中能査询到的有效信息同样是有限的。然而实际工程中，粧基础Ｗ群粧的形式被采用是很常见的。因此对于水平荷载下群植的性状研究还是很有必要的，也是很有工程参考价值的。由于种种条件的限制，数值分析的方法是运用最多的方法，尤其是有限元法。一一直来在群粧的有限元分析方法中存在些问题，比如Ｈ维群植分析的计算量比较大，，天然地基±复杂的弹塑性计算参数的选择及网格划分的粗细程度均一定的分析难度会对数值模拟造成。目前随着计算机技术的发展，对于微机内存的扩充Ｗ及边界元稱合等方法的运用使得水平荷载作用下群粧的性能分析变为可能。群粧在受到水平力作用时，粧与粧之间会相互影响，加上粧±也会相互作用，另外还有承台等其他的因素，其中的力学作用机理分析起来远远难于单粧，尤其是对于本文中的新型柱结构－獲粧，由于枯侧增加儀片的缘故，枯±接触的面积増。ＡＮＳＹＳＸ２ＦＰＦ２２０大，分析就很复杂本章节运用有限元软件，对于１排枉（）在水平荷载作用下的受力性能进行研究。本章节主要探巧Ｗ下凡方面的内容：－１水平荷载作用下单个鶴粧、饋枯前粧、罐粧后粧Ｗ及整体群粧的植顶位移（）荷载曲线；２、１粧长的变化对于鶴粧前粧鶴巧后植？及整（）（＾体群粧的植效率的影响；３粧间距的变化对于錐枯前植、鶴植后植Ｗ及整体群粧的粧效率的影响（）；４立体弹性模量的变化对于罐粧前粧、錯粧后粧Ｗ及整体群植的粧效率的影（）响；本章节通过对于群植水平承载能力的分析Ｗ及具体参数的改变引起的群粧效率变化的研巧和探讨，希望能够对于相关的理论完善有些许的帮助，并能够让今后的工程实践更加合理，也更加的科学。５．２蜂巧１Ｘ２排粧有限元模型的建立５．２．１１Ｘ２排粧Ｓ维有限元计算模型本文对于１Ｘ２鑛粧基础在水平荷载作用下的群植效率进行研巧。１Ｘ２排粧的Ｈ维有限元模型建立：假定±体仍然是理想弹塑性材料，±体的本构关系是采用５８ 第五章水平荷载作用下饋巧（群植）的效率研究Ｄ－Ｐ本构模型及其破坏准则，植体和罐片是线弹性材料，并且±体和植体的材料参数一，粧±之间的接触面设置及粧±的网格划分均是与鶴粧单粧是保持致的。一，另方面，在实际的工程实例中群粧通常都是有承台作用的，有研究结果显示，ＰＷＷ承台的刚度、埋深、厚度等因素对于群粧的承载力均会有影响。在本文的研巧中，因为新型鑛粧是大直径钢管空也巧，出于简化的考虑，在用ＡＮＳＹＳ模巧的过程中忽略承台与地基王的摩擦，假设承台的刚度无限大，在设置时使得群枯中一步枯顶位移均相等，即可模拟出承台的作用各鑛巧的每，并不需建立实际的承台模型。同时设定粧顶与承台为刚接，只允许饒粧顶沿荷载方向位移自由，而约束住其余的位移和转角。其次我们定义１Ｘ２排植中沿着水平荷载的正方向为前罐粧，与水平荷载相反的方向为后鑽粧，Ｐ１为前韓粧上分配到的荷载，Ｐ２为后酱植上分配到的荷载，Ｐ为施加在群粧上的总的荷载（本章节中采用的是位移加载），见图５．１，即１Ｘ２排植受水平荷载的受为分布图化及平面简图。同时在ＡＮＳＹＳ建模的过程中，关于±体的模型尺寸也需要考虑，在鶴粧单粧的有限元建模时，止体的区域是沿深度方向的影响范围为ＪＣ和ｙ方向取２２．５倍粧Ｚ２．５倍粧长的立方体，而在群粧建模时，由于粧体止体径，方向取数量的增加，的区域要比单鑽枯的±体区域尺寸大一些，将其限定在适合实际工程的大致区域内一，使其既满足精度上的要求，并且计算量又不会太大。但是生体的区域也有定的选取原则：公的群粧基础，根据陈洪的研究表明对于宽度为而言，模型的边界宽度大致超过４．５公时，这样改变模型尺寸，会对群粧中各鐘植分配到的荷载影响不是很大。因此在本文中：，事先模拟得到±体尺寸为长度大约＞５公和宽度大约＞４此这时改变±体尺寸不会影响各錐植分配到的荷载值。因此最终采用的＝±体尺寸为＞：（鶴粧长为心粧径为ＤＤ护５￡止体，粧间距为３，排巧宽度３），。深度＞２１，７公《长度和宽度《８公通过有限元ＡＮＳＹＳ建模，得到１Ｘ２排植受水平荷载的有限元建模图，（图中的鶴粧径设为公，錯粧长为１００，鶴植间距为３公），见图５．２。５９ 合肥王业大学硕±学位论文ＬＳ＿ＬｈｈＪ—？ｍｍＪ？＞！房ｉ辕蘭鑛據Ｉ５１１Ｘ２图．排粧受水平荷载的受力分布图Ｗ及平面简图Ｆｉ．５．１Ｓｔｒｅ巧ｒｏｆｉｌｅａｎｄｌａｎｅｄｉａｒａｍｏｆ１Ｘ２ｒｏｗ＾ｅｕｎｄｅｒｈｏｒｉｚｏ打ｔａｌｌｏａｄｇｐｐｇｐ瞧图５．２１Ｘ２排粧有限元模型Ｆｉ．５．２１Ｘ２ｒｏｗｉｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｇｐ－５．３錯巧１Ｘ２排粧的粧顶位移曲线有限元结果分析对于１Ｘ２錯粧排植（ＦＰＦ２２０），设粧径为前鐘粧和后饋巧之间的间距为３化排粧和单个罐枯中巧、±的材料参数均是相同的，施加相同的水平位移，１Ｘ２罐粧排植和－单个罐粧的枯顶位移荷载曲线见图５．３。由图５．３可看出，在相同的水平位移作用下，水平承载力的大小从小到大依、，次排列为：单个罐枯后錯粧、前韓枯、整体排粧并且可清楚的看到整体排６０ 第五章水平荷载作用下錯植（群植）的效率研宛粧的水平承载能力要远远大于单个鐘粧的水平承载能为，且水平位移要显著减小，这可能是由于单个鑽植在承受水平荷载时仅仅发生的是植王相互作用，而群粧基础在承受水平荷载时，不仅仅是粧±相互作用，更为重要的是粧体之间也有互相＂＂的作用力，表现出明湿的群粧效应，说明群枯基础能够明显提高粧体的受为性能。同时可Ｗ清晰的看出，由于群粧粧顶嵌固的原因，抗弯刚度大大提髙，群粧中各鐘巧的承载能力均要大于单个罐植的承载能力。对于距离水平推力最远的前鶴粧来说，受到的王体抗力最大，分配到的水平力要超过后鑽巧，可Ｗ知道前鶴粧的承载能力要高于后罐粧。３００１１１１１Ｉ—？－单个靡植￣＊－＊＊－２５０一一后錯巧＊＾？＿前錯植，ＩＩＩＩＩＱ０５１０１５２０２５３０Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（％ｐｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒ）５Ｘ－图．３１２排粧和单个饒粧的水平荷载位移曲线Ｆｉ３ＴｈｉｌｅｈｄｉｌｔｃｕｒＰ－Ｙｃｕｒｖｅｓｏｆ１Ｘ２ｆｉｎｉｌｅｒｓ．５．ｅｅａｄｓａｃｅｍｅｎｖｅｓ（）ｏｕｇｐｇｐｐｐａｎｄｓｉｎｇｌｅｆｉｎｐｉｌｅ５．４韓粧１Ｘ２妇雕的群粧效率的有限元结果分析在计算群粧效率时，，为了方便研巧和减少计算时间采用的位移加载方式中设定柱顶最大的位移为２０ｍｍ，不考虑鶴粧粧身强度发生破坏的情况。５．４．１１Ｘ２排粧巧长的变化对于錯植前植、館粧后粧Ｗ及整体群粧的巧效率的影响；粧长对于鑽粧）的水平承载力有着十分重要的影响。在第四章研巧粧（单枯长的变化对于罐粧承载力影响的分析中得出，随着粧长的增加，鶴枯的水平承载一能力逐渐増加，而当达到定长度Ｗ后，继续増，且増加的幅度也是非常的均匀加枯长并不能有效的提高其承载能力，所Ｗ寻找最优最佳的植长是工程设计中需Ｘ２一要着重研巧的。因此在１排粧的群粧效率的探讨当中，也考虑了粧长这个重要的影响参数。由刘金栃编写的《植基工程手册》中表示：根据粧体、止体相对刚度的不同可知。在第二章水平荷，水平荷载作用下的粧体可ＩＵ分为刚性短枯和弹性长粧６１ 合肥工业大学硕±学位论文载作用下大直径枯的性状分析中已经研巧过这个问题，本文中的大直径钢管鑽粧是属于弹性长粧。对于巧长的变化对于饒粧前粧、鶴粧后粧及整体群植的效率＝影响：王４０ｍｉ＞５０ｍｉ＞６０ｍ。，本节中设置粧长参数为，，，各工况的其余参数相同由于粧长数值比较大，因此建模时将一１Ｘ２排粧的粧间距设定为护５Ｄ更为合适些。前鶴粧的效率见图５．４，后鶴粧的效率见图５．５，整体排粧的效率见图５．６。１０．ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ－－０９．ｌｏｓ０７－－．Ｉ§—Ｌ＝４０ｍ妇－＾Ｌ＝５０ｍ。＇０乂’＿冬＝Ｌ６０ｍ資０１Ｉ＇Ｉ１１ＩＩＩＩＩ５０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄ姐ｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍｍ）图５．４不同植长下前鑽粧效率图Ｆｉｇ．５．４Ｔｈｅｆｒｏｎｔｆｉｎｉｌｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｌｅｌｅｎｔｈｓｐｙｐｇ￣由图５．４前鑽粧的效率曲线可知，在鶴粧枯顶位移比较小（０ｍｍ８ｉｍｎ）时，８ｍｍ前鑽粧效率随着位移的増加有下降的庭势，当位移超过的范围时，前鶴粧效率随着位移的増加略有上升而后逐渐趋于平缓。整体来看，粧长为６０ｍ的鐘粧效率最高，植长为４０ｍ的鶴粧效率最低，而粧长为５０ｍ的介于两者之间，同时枯长从４０ｍ増加到５０ｍ的过程中，鶴粧的效率表现出来的增长幅度比较大，而粧长从５０ｍ增加到６０ｍ时，两者的效率非常接近，増长不显著。６２ 第五章水平荷载作用下瞻植（群植）的效率研巧１，０ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ－－０受．９Ｉ０－－Ｉ．８蓄＂■＊—■這０．７Ｍ一一ＩＭＯｍ？０－■６—－＊？Ｌ＝５０ｍｇ—Ａ—＝Ｌ６０ｎｉＩ＜？ＩＩＩＩ０１Ｉ？Ｉ＊５０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｓｌｌｅｈｅａｄｄｉｐａｃｅｍｅｎｔｍｍ（）图５．５不同粧长下后饋粧效率图Ｆｉｂｇ．５．５Ｔｈｅａｃｋｆｉｎｉｌｅｅｆｉｃｉｅ打ｃｏｆｄｉｆｅｒｅ打ｔｉｌｅｌｅｎｔｈｓｐｙｐｇ由图５．５后儀粧的效率图可知，在粧顶位移比较小的时候，Ｈ种不同粧长的效率比较接近一，且在定范围内基本保持恒定的状态，当位移超过６ｍｍＷ后，后罐粧的效率开始呈下降的趋势，植长为４０ｍ的下降的幅度要明显大于粧长为５０ｍ和粧长为６０ｍ的，从０．７５降低到了化６８。整体来看，后饒植的效率要低于前鶴植的效率。由图５．６１Ｘ２排枯的平均效率可Ｗ看出，对于枯长为４０ｍ的罐植来说，平均一５０ｍ和一效率保持段范围的恒定后趋于下降，而粧长为６０ｍ的儀粧在保持段范围的恒定后趋于上升，说明増加枯长对于群粧的平均效率还是有比较明显的影响。但是送种増加粧长的幅度得在一定范围内一，当饋粧长度超过定范围后，即便可Ｌ：Ｊｌ增加群巧效率，然而增幅确不是特别明显。因此可Ｗ得出，如果采用过长的鶴枯，不但没能够更加有效的増加群植的效率，反而会使得工程造价过高。因此在实际工程中，不建议采用长度过长的韓枯。拍 合月Ｅ工业大学硕±学位论文１■〇ＩＩＩ１ｒ１ＩＩ１ＩＩ０－－Ｉ．９０＞。８－－．｜化７－－？酱Ｓ■Ｌ＝４０ｍ－－吞化６—Ｌ＝５０ｍ￣Ａ￣＝ｉ？ＣＬ６０ｎＨＩＩＩＱ１ＩＩＩ＊ＩＩＩ５■０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｍ（）图５．６不同粧长下平巧效率图Ｆｉｇ．５，６Ｔｈｅａｖｅｒａｅｆｉｎｉｌｅｅｆｉｃｉｅｎｃｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｌｅｌｅｎｔｈｓｇｐｙｐｇ５．４．２１Ｘ２排粧粧间距的变化对于錯粧前植、鑽粧后植Ｗ及整体群粧的植效率的影响；根据国内外的研究，粧体之间的间距Ｗ及粧的布置方式对于群植的效率具有非常重要的影响。尤其本节中研究的是鑽植排枯，排植是沿直线布置，比较固定，因此植间距的影响可能会更加明显。设置巧间距参数分别为护３０，护５化护１００，一．７，后鶴植的效率见图５．８其他参数保持致。前鑛粧的效率见图５，整体排枯的效率见图５．９。由图５．７前鶴粧的效率曲线可知，前鶴巧的效率随着位移的增加变化幅度很小。还可則月显看出．９２，当鐘粧间距为１０公时，前館枯最终对应的效率为０左右，粧间距为５０时，前鶴粧最终对应的为０．８８左右，粧间距为３Ｄ时，前罐粧对应的效率为化７９左右。随着鶴巧之间间距的增大，前鎭粧的效率提高的比较明显。由图５．８后罐枯的效率曲线可知，当粧顶位務较小时，Ｈ种工况的后鶴粧效率变化很小，随着位移的増加，王体开始出现塑性，后饒粧效率开始随着位移的增加而减小。对于粧间距为３Ｄ而言，后錐粧下降的庭势比较明显，而植间距为５Ｄ和１０公的后罐枯下蜂幅度比较平稳。与前鶴枯效率相比，后罐粧的效率要低于前鶴植效率，同时无论前鑽粧还是后鶴粧，粧间距１０Ｄ的效率最大，粧间距３Ｄ最小。６４ 第五章水平荷载作用下饒植（群植）的效率研巧１０．ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ－＞－．０．９—￣￣＊一＊？＊？？￣Ｉ￣■－－０■■．８＊？＇？■奪Ｈｉａ罢＆－０－追．７若－＊－＝Ｄ這Ｓ３－—〇＞０—＝＿．６？５ＳＤ一＾＝污Ｓ１０Ｄ＊ＩＱ１ＩＩＩＩＩＩＩＩ５＊０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍｍ）图５．７不同粧径下前鶴植效率图ｉｈｆｒｆｉｌｆｉｉｄｉｆｔｉｌ出Ｆｇ．５．７Ｔｅｏｎｔ阻ｅｅｃｅｎｃｏｆｅｒｅｎｅｓｔａｎｃｅｐｙｐ１．０ＩｉＩＩＩＩＩＩＩＩ１－－０＾．９￣—￣￣ＡＡＩＡ—Ａ０乂－－￣￣￣？￣￣￣Ａ—驾？￣￣？￣ＡＡ—？—？？？？￣■■￣ｊ．己＿０７－？■是．１＋；０－－．６ｒ至＾一＾＝Ｓ１０ＤＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＱ５＇０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄ出ｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｍ（）图５．８不同粧径下后饒巧效率图Ｆｉ８ｈｂｆｉｌｆｉｉｄｉｆｉｌ出ｇ．５．Ｔｅａｃｋｍｅｅｃｅｎｃｏｆｅｒｅｎｔｅｓｔａｎｃｅｐｙｐ６５ 合肥工业大学硕±学位论文１０，ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ＾—－￣巧＾？？—？？０８＿－．—＿一｜＿－－〇＇！２－ｎ－＝Ｓ３Ｄ夺＝Ｓ５Ｄ§０－＿．６－＾＝Ｓ１０Ｄ＾ＨＩＩ１Ｉ１０ｉＩｔＩＩ■５０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｍｍ）图５．９不同巧径下平均效率图Ｆｉｇ，５．９Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｆｉｎｐｉｌｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｌｅｄｉｓｔａｎｃｅ由图５．９１Ｘ２排粧的平均效率可Ｗ看出，其规律与前鶴粧和后鑽粧的规律非常类似。随着粧间距的増加，儀粧群粧的平均效率也逐渐提高。但是平均效率随着位移的増加呈稍许下降的趋势，但幅度比较小。综上可知，增加儀植的间距是能够有效的提高群粧效率的，且在相同的鑽粧。间距条件下，前獲植的效率要大于后罐粧的效率在实际当中，群枯中各基植的＂＂－－－止相互作用其实是粧粧共同作用，由鶴植先通过植主作用影响周围的±体，主体再去影响临近的鑛粧，距离植顶越近，植±作用表现越明湿，反之粧止作用－越弱。当鶴强间距较小时，临近粧在受荷植的植±作用影响较明显的范围之内，＂＂－±－粧此时群粧效此时枯的作用也很显著，使得临近饋粧的水平承载力降低，＂＂－±－率降低。而当館枯间距较大时，临近鶴粧受到粧植作用影响较小，因此提高了承载力。当錯粧间距增加到足够大时，群粧中每个擔植的承载力性能接近于。单个鶴粧，此时达到临界粧间距根据国内外研巧表明，水平受荷粧，群粧的临界粧间距约为８凸到１０公。在本节中，当錯植的粧间距为１０公时，前罐粧的效率达到了化９２，此时前鎭粧的承载力可Ｗ相当于单个鑽粧的承载力，且１Ｘ２排粧的平均效率也达到了约化８９左右，两个鶴植均非常接近于单个館粧。因此可Ｗ认定罐粧间距为１０公时，接近临界的巧间距，数值模拟符合国内外研究结论。今后的工程设计中，在提高群粧承载为方面可Ｗ着重考虑增加群粧中各基粧之间间距的这—重要影响因素。５．４．３１Ｘ２排粧±体的摩擦角变化对于錯巧前粧、館粧后粧Ｗ及整体群植的粧效率的影响；群粧的效率还与±质有关，本文中仅仅考虑±体摩擦角对于群粧效率的影响。°＝°＝°一＝设置王体摩擦角参数分别为２０，（）２５，３５，。ｃ其他参数保持致前錯粧的ｐ｜９６６ 第五章水平荷载作用下鑽植（群粧）的效率研究效率见图５．１０，后鐘粧的效率见图５．１１，整体排植的效率见图５．１２。１．０ＩＩＩＩ１ＩＩＩＩＩＩ０－－．９良ｉ—０－－电．８．己０－－．７Ｉ°〇－＾－＝（１３５｜°－＝＜＾０－ｐ－．６ｒ一Ａ－ｆ。占ｔ＝（２０ｐＨＱ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊Ｉ５０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｍ（）图５．１０不同±体摩擦角下前饒植效率图Ｆｉｇ．５．１０Ｔｈｅｆｒｏｎｔｆｉｎｐ＂ｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｉｆｅｒｅ打ｔｓｏ＂ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓＨ种不同±体摩一由图５．１０前鶴巧的效率曲线可知，擦角的前鎭粧曲线基本致，在位移较小时，随着位移増大前罐粧效率降低，后期位移变大后，前鶴粧的效率有呈上升的趋势。±体摩擦角的变化对于前鶴植的影响非常小。￣由图５．１１后鎭粧的效率曲线可知，在０８ｍｉｎ的巧顶位移范围内，Ｈ种不同摩擦角的后鑽粧的效率基本恒定，而当位移超过８ｍｍ后，后饒粧的效率随着位移的增加而呈下降的趋势，摩擦角越大，反而后鐘枯的效率越低。由图５．１２１Ｘ２排植的平均效率可Ｗ看出，因为在位移小的时候，摩擦角的变一致化对于前錯巧和后鑛粧的影响均是恒定的，因此平均效率也同样保持。当位。移增大的时候，后錯粧的效率有上升的趋势，摩擦角越大，上升的幅度越小综上可知：，不同摩擦角对于群粧效率的影响是摩擦角越大，群植效率越低，且在位移较小时，摩擦角的变化影响较小，位移増大时，摩擦角才对于效率有所影响。分析出现这样情况的原因，可能是因为在有限元的模拟当中，内摩擦角起作用的阶段是±体出现塑性变形的时候，因此在弹性阶段，也就是位移比较小的时候，Ｈ种不同的摩擦角的效率曲线基本重合，而随着位移的增大，王体出现塑性变形，则效率曲线也开始表现出明显的不同。另外摩擦角越大，即王质越好，那么植±之间的相互作用也越强，粧与粧之间的相互作用也越大，这样群粧效率－－受到粧±Ｗ及粧粧的作用也越大，群巧效率会越低。６７ 合肥工业大学硕±学位论文１，０ＩＩＩＩＩＩＩＩｊ０９－－旁．．養纪０８－－．＜１＞＾＝。＾（３５Ｊｐ－——＝？－ｏｊ０．６？＜２５ｐ臣—＾＝？（ｐ２０ＱＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ５■０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｈｅａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｕｎ（）图５．１１不同主体弹性模量下后錐粧效率图Ｆｉｇ．５．１１Ｔｈｅｂａｃｋｆｉｎｐｉｌｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ１．０ＩＩＩＩ１ＩＩＩＩＩ０－－Ｉ．９ＱＪ－化８？－？？〇—？—．互０－－量．７謀°—＾—＾３５ｕ＜ｐ。—＝－－含０乂（２５ｐ°－＊－＝（２０ｐ普ＩＩＩＩＩＩＩＩＩ？Ｑ１５０２４６８１０１２１４１６１８２０２２Ｐｉｌｅｉｓｌａｍｍｈｅａｄｄｐｃｅｍｅｎｔ）（图５．口不同±体弹性模量下平均效率图Ｆｉ．５．１２ＴｈｅａｖｅｒａｅｆｉｎＵｅｅｆｉｃｉｅｎｃｏｆ出ｆｅｒｅｎｔｓｏ＂ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｇｇｐｙ５．５本章小结本章主要介绍了水平荷载作用下鑽粧１Ｘ２排粧和单个罐植不同的力学性能，分析了排粧的植顶位移－荷载曲线凶及粧长、植径和±体弹性模量不同下錐植排粧的效率。通过本章的研究，得出下结论：（１）粧顶与承台刚接的情况下，排粧中各个罐粧的承载力要大于单个鶴粧的。水平承载力，单个鐘巧的承载力小于整体群粧的水平承载力一（２）改变儀粧的长度，在定的范围之内可提高整体群粧的效率，但是粧长过长，群粧效率的増长不是很明显。前鐘粧的效率随着位移的增加呈上升的稽势，后館粧的效率随着位移的増加呈下降的趋势，前鶴植的效率要大于后罐粧的效率。６８ 第五章水平荷载作用下罐柱（群泣）的效率研巧（３）改变鎭植之间的间距，前、后鐘植的效率随着鐘粧间距的增大而显著的提高，因此在实际中，増加錯粧的间距会有效的增加群粧的承载能力。（４）改变主体的摩擦角，前錐植的效率变化非常小，后鶴粧的效率随着摩擦角的增大反而呈下降的趋势。的 合肥工业大学硕女学位论文第六章结论与展望６．１本文主要结论随着海上风电产业的晒起一，为了抵御海上环境复杂的横向荷载作用，种在一粧侧焊接鶴片的新型植基础鶴粧被提出投入建设使用。本文基于大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ，模拟了承受水平荷载作用的大直径钢管罐粧结构，并与同规模的传统单植进行对比，分析两种类型粧基础在抵抗水平荷载时不同的承载性状，得一出鐘枯的承载力优势，为今后大直径錐枯的设计分析提供相关参考，研究出些有益于王程实际的结论。具体结论如下：（１）参考了相关的水平荷载作用下单枯的理论分析方法，归纳总结了刚性枯、中长粧和弹性长枯的破坏机理和计算方法。（２）通过大型有限元软件的模拟计算，在水平荷载作用下，改变鐘长、罐宽、粧－长、粧径、加载方向和鶴片位置等因素绘制罐粧粧顶的ＰＹ曲线，分析得出由于粧侧焊接有钢片，増加了与±体的接触面积，因此能有效的抵御水平抗力，其承。载性能远远超过传统单植，并得出鶴片的最佳效率同时鶴片长的变化比鶴片宽一的变化对于鑽植承载力影响力更大，枯长和植径的影响力在定的范围之内，而鐘片位置的影响由于设定±体参数的原因与实际有些偏差。（３）本文研究了不同水平荷载、罐宽、植长、植径和±体参数（弹性模量、粘聚力、摩擦角、泊松比）等影响下，罐粧和传统单粧的粧身位移曲线和弯矩分布规律。除了止体摩擦角和泊松比对于鶴巧和传统单粧的影响基本可Ｗ忽略外，其余影响因素能明显反应出罐枯的抗弯承载力要高于传统单植。（４）在研究罐粧（单粧）的水平承载力基础之上，分析了１Ｘ２鶴粧群枯的承载力效率。在群巧粧顶与承台嵌固的情况下，群粧中各罐枯的水平承载为均要高于单个鶴粧的承载力、。同时改变群粧中各罐粧的长度各鶴植之间的间距及王体。的摩擦角，得出提高罐植之间的间距能够有效提高群粧整体的水平承载力６．２研究展望本文对于水平荷载作用下大直径钢管薄壁鶴植的承载性能进行了比较详细的计算和分析，，但是由于受到客观因素和作者能力等很多方面的影响研究深度还不够一。结合本人对于水平荷载下罐植承载性状的认识，提出几点展望供后续进步的研巧：（１）本文研究的是水平荷载作用下罐粧的承载力性能。尚需研究大直径鶴粧在竖向荷载巧水平荷载联合作用下的承载性状，这样会有更加普遍的参考价值。（２）数值分析需要能够提供更加精确的植王模型，同时需要开发出更为可靠的研究水平受荷錯巧的有限元软件；７０ 第六章结论与展望（３）在有条件的前提下，进行不同粧±条件下的模型试验，如饱和粘王中大直径一鶴粧承载力的研究等。另外可Ｗ进行系列的大比例模型试验，考察模型比例对于罐植承载力的影响。（４）鎭植基础在承载某些动力荷载（如地震荷载和冲击荷载）时，会承受很大的。惯性力，其造成的破坏应该远远超过静力荷载因此对于动力荷载作用下影响鶴粧承载力的因素值得探究。（５）后期鶴粧群粧的研巧中，只研巧了１Ｘ２群化数量较少，且施加的水平荷载是与排粧方向平行的。因此群粧中基粧的数量Ｗ及施加的水平荷载与排植方向一垂直等因素对于群粧效率的影响尚可Ｗ进步研巧。７１ 参考文献－中国能源信息网《网络ｈｔＤ／／叫能源消费预测：ｗｗｗ．ｃｈｉｎａ５氏ｃｏｍ》川，何炎平２００９６巧葛，叶宇，等？海上风电场的发藤构成和基础形式师中園海洋平台，（）：３－１３５．，隋红霞，文！，？？，２００７２０２间姚兴佳１颖明等海上风电技术的发展与现状阴上海电力，（）；－１１１１１８．４赵雞福莉－？海上风力发电现状与发展趋势阴？飢电工程，２００９，２６口；５８．［，柴（］）５－，２００７，２０４４２９４３７［吕斌．海上风电场降低成本前景分析师上海电力（）；－］锐２００９３６６－０，张堯．海上风电基础结构选型与施工工艺阴．应用科技，，９；１．阀尚景宏，罗（）［７黄维平，刘建军，赵战华．海上风电基础结构研究现状及发展趋势饥．海洋工趕，２００９，Ｊ２７２：１３０４３４．（）閒李灿，张日向，萎萌．近海风电大直径钢管旌基础水平承载力的有限元研梵阴．中團水运；－下半月，２０１２１２２２７２２９．（）；巧］ＰｅｎｇＪＲ，反ｏｕａｉｎｉａＭ，ＣｌａｒｋｅＢＧ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｔｅｒａｌｌｙｌｏａｄｅｄｆｉｎｐｉｌｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｕ－ｔｅｒｓ＆ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，８８：１２３９１２４７．ｐ口＾１０张忠苗．植基工程［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００７［］１１刘正峰主编．，２０００［］．地基与基拙工程新技术实用手册（第Ｈ卷）［Ｍ］北京：海潮出版社：口％－２树０［１２］杨广庆，刘数山，刘田明．高速铁路路基设计与施工［Ｍ］．中国铁道出版社，１９９９．ＲａｓｅＰＥ．Ｔｈｅｏｒｏｆｌａｔｅｒａｌｂｅａｒｉｎｃａａｃｉｏｆｉｌ的Ｃ．Ｐｎ＞ｃ．，１ＳｔＩＣＳＭＦＥ，巧３６．ｙｇｐｔｙｐ［］１４ＢｒｏｍｓＢＢ．ＬａｔｅｒａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｉｌｅｓｉｎｃｏｈｅｓｉｖｅｓｏｉｌｓＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄ［］ｐ［］—ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＤｉｖｉｓｉｏｎ．ＡＳＣＥ，１９６４，９０（２）：２７６３．［１刮ｒｏｍｓＢＢ．ＬａｔｅｒａｌＫｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｉｌｅｓｉｎｃｏｈｅｓｉｖｅｓｏｉｌｓ［巧．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＢｐＦｏｕｎｄ汹—ｉｏｎＤｉｖｉｓｉｏｎＡＳＣＥ１９６４，９０３：１２３１５ｔ，，（）１ｒｏｍｓＢ化Ｄｅｓｉｎｏｆｌａｔｅｒａｌｌｌｏａｄｅｄｉｌｅｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ［巧旦ｇｙｐ阴—Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９６５，９１（３）；７７９９．＂＂－１７ＣｈａｎＹＬ？口ｉｓｃｕｓｓｉｏ打饼１Ｌａｔｅｒａｌｉｌｅｌｏａｄｉ打ｔｅｓｔｓｂＦｅａｉｎＬＢＪ．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ打ｓｏｆｔｈｅ［］ｇｐｇｙｇ［］—Ａｍｅｒｉｃ抑ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥ凸ｉｎｅｅｒｓ，Ｉ巧７，１０２：２７２２７８．ｇ１ｅｔｅｎｄＭ．Ｂｅａｍｓ０打ｅｌａｓｔｉｃｆｏｉｍｄａｔｉｏｎｓＭ．ＡｎｎＡｒｂｏｒ，Ｍｉｃｈｉａｎ；ＵｎｉｖｅｒｓｉｏｆＭｉｃｈｉａｎ［巧Ｈｊ［］ｇｔｙｇＰｒｅｓｓ１９４６．－１９黄强，刘金碼，高文生．ＪＧＪ９４２００８建觀粧基技术规范阳．２００８．［］７２ ２０：陆海源，陈磊．水平荷载作用下单枯的改进ｍ法［Ｊ．华北水利水电学院学报，２０１１，３２［］］口）－１２３１２５．２１朱碧堂．，２００［，杨敏．基坑支护结构弹塑性计算方法与ｍ法的对比分析机若±工程学报７，］２８６－１１：Ｕ８７１３９４．（）２２王伯惠，上官兴．中国钻孔灌注植新发展Ｍ．北京！人民交通出版狂，巧９９．［］［］２３赵明华，刘峻龙，刘建华．双层地基横向受荷驻简化计算方法研巧Ｊ．公路交通科技，２００６［］［］－６２３１２：５８１．（）００９６６－２４：６邹娜，王政平．ｍ法在撞基计算应用中的误差分析饥．港工技术，２，４（）２２７．［］２５朱金龙，孙力形．软±地基上粧基础使用ｍ法计算的验证的．同济大学学报［］：自然科学－版，２００３８２９０５，３１（）：９０．２６，黄吉锋．，：朱春明．广义ｍ法及在基坑支护结构设计中的应用阴建筑科学，２００２１８３［］（）３２－３４．７－２７秦建设．ｍ法在基坑开挖应用中的改进阴．２００５，２１４；６７０．［］，宋丽应用力学学撤（）口糾ＭｃＣｌｅｌｌａｎｄＥ，ＦｏｃｈｔＪＡ．Ｓｏｉｌｍｏｄｕｌｕｓｆｏｒｌａｔｅｒａｌｌｙｌｏａｄｅｄｐｉｌｅｓ．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃ抑—ＳｏｃｉｅｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｉｎｅｅｒｓ，１９５８，做９５４：１０４９腸ｙｇ口）口引Ｍａｔｌｏｃｋ，Ｈ．．Ｇｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｌａｔｅｒａｌｌｙｌｏａｄｅｄ？。的ｉｎｓｏ佐ｅｌ巧．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈｅ口－，，２０４：ＡｎｎｕａｌＯｆｆｓｈｏｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ１９７０ＯＴＣ１）５７７５９４．（口０Ｒ的ｓｅＬ．Ｃ．．ＣｏＸＷ．Ｒ．．ＡｎｓｌｓｉｓｏｆｌａｔｅｒａｌｌｌｏａｄｅｄＰｉｌ巧ｉｎｓａｎｄ．Ｐｒｏ说ｅｄｉｎｓｏｆｔｈｅＶＩｏｆｆｓｈｏｒｅ］，ｊｙｙｇＴｅ－ｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｅｅ，１９７４ＯＴＣ２０８０：４７３４８５．（）Ｐ—Ｙ曲线计Ｊ１９８５１：ＰＵ王惠初，鲁子爱．用算横向荷载巧的内力［］．重庆交通学院学报，，６－１６５．一一王惠初，口２，武冬青，田平．粘王中横向静载巧ＰＹ曲线的种新的统法化河海大学学报］－１９９１，１１９１７．％）：一口３］田平，王惠初．粘王中横向周期性荷载巧的ＰＹ曲线统法［化河海大学学报（自然科学版），１９巧，１：００１．３４一±力学叶万灵．ＮＬ法Ｊ．岩，２０００，，时宿玲巧的水平承载力实用非线性计算方法］［］［２－１２９７１０１．（）：［３５］９８ＪＴＪ．港口工程粧基规范局部修订（植的水平承载力设计）［Ｓ］．Ｆｏｃｈｔ化ＪＡ，ＫｏｃｈＫＬＲａｔｉｏｎａｌａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅｌａｔｅｒａｌｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅＵｅ口巧ｙｐｐｒｏｕｓＣ］／／ＯｆｆｓｈｏｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．ＯｆｆｓｈｏｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９７３．ｇｐ［ｇｙｇｙ３７ＦａｎＣＣ，ＬｏｎＪＨ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｅｘｉｓｔｉｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｅｄｉｃｔｉｎｓｏｉｌｒｅｓｏｎｓｅｏｆｌａｔｅｒａｌｌ［］ｇｇｐｇｐｙ一ｌｏａｄｅｄｉｌｅｓｉｎｓａｎｄＪ，ＣｏｍｕｔｅｒｓａｎｄＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃｓ，２００５？３２４：２７４２８９．ｐ［］ｐ（）口巧ＤｏｕｌａｓＯＩ，ＤａｖｉｓＥＨ．Ｔｈｅｍｏｖｅｍｅ打ｔｏｆｂｕｒｉｅｄｆｏｏｔｉｎｇｓｄｕｅ化風ｏｍｅ打ｔａｎｄｈｏｒｉｚｏ打ｔａｌｌｏａｄｇｌｈｎ－ａｎｄｉ，９６４，ｔｈｅｍｏｖｅｍｅ打ｔｏｆａｎｃｈｏｒａｔｅｓ…？Ｇｅｏｔｅｃｕｅ１１４：１１５１３２．ｐｑ（巧巧 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