浅谈倾斜荷载下群桩内力的非线性有限元分析

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1、湖南大学硕士学位论文倾斜荷载下群桩内力的非线性有限元分析姓名：邬宝林申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：赵明华;曹文贵20030101摘要随着我国近年来大跨径桥梁及高层建筑的迅速发展，基桩的承载能力及桩长曰益增大，倾斜荷载下基桩的受力分析和设计理论已成为目前土木工程界亟待解决的重要问题之一。本文针对我国现行规范将桩顶倾斜荷载分解为竖向和水平荷载分别计算再进行迭加而存在的计算误差较大的不足，对倾斜荷载下基桩及群桩的受力分析进行了深入的探讨。本文首先对桩基础进行了概述，深入探讨了倾斜荷载下基桩的受力性状及破坏机理，综合分析和归纳总结了目前国内外已有的多种计算方法。在此基础上，针对倾

2、斜荷载下群桩基础分析中的复杂性，提出采用非线性有限元对倾斜荷载下群桩的内力及位移进行分析，应用桩的等效宽度概念将空间问题简化为平面问题考虑，并开发出能考虑桩周土介质连续性、弹塑性、分层性等因素的倾斜荷载下群桩内力及位移分析的计算机程序，并在程序中考虑了桩、土、承台的相互作用，提出了采用接触面单元来考虑荷载作用下桩与土体及承台与土体间的滑移、开裂；并在此基础上，提出了倾斜荷载下群桩基础的“无拉力”分析方法，可有效地反映土体及混凝土材料的低抗拉特性。此外，采用本文程序对不同荷载量级及倾角下群桩基础的内力进行了大量的数值计算。并通过对大量数值计算结果的分析，得出了一系列定性的对工程实践具有

3、指导意义的结论。关键词：倾斜荷载、群桩、非线性有限元、相互作用，接触面单元、“无拉力”分析AbstractWiththefastdeVelopmentof1argespanbridgeandhigh—risebuildings，thebearingcapacityandthelengthofpilesareincreasing，andtheanalysisanddesignpriⅡcipleofpilesunderinclinedloadshasbeenbecomeaproblemtobesolVedincivilengineeringAccordingtothecurrentcod

4、es，pilesunderinclinedloadstopareanalyzedrespectiVelyunderaxialaIldlateral】oadswitlltheresultssuperposed，inwhichinaccu璺teerrorisineVitable．Focusingonthispoint，theanalysisofpileandpilegroupunderinclinedloadsarethoroughlydiscussedinthisarticle．Firstly，thedeVelopmentandapplicationofpilesissummarize

5、d，behaviorofpilesunderjnc】jned10adsarediscussed．andasummarizationofexistentcomputatjona】methodsismadeinthisanjcle．Second】y'consideringthecomplexityofthea力a】ysisofinclined-10adingpile，nonlinearfiniteelementmethodisadoptedtocalculatetheintemalfbrceanddisplacementofpilegroupunderinclinedloads，with

6、theconceptofequiValemwidthpresentedtosimplify3Dproblemsinto2Dproblems．AndaprogmmisdeVelopedaswell，whichisabletoconsiderthecominuity，elastic—plasticityandJayeredcharacteristicofso订aroundthepileshaR．Besides，theinteractionsamongpiJe，baseslabaIldsoilareconsideredinthispro伊amandcontactsurfaceelement

7、isusedtosimulateslippingandcrazingbetweenpileandsoil，orbetweenbaseslabandsoilunderloads．Then，thenon-tensionanalysisisproposed，toreflectthelow—tensilepropertyofsoilandconcrete．Furthennore，amassofnumericalcalculationsoftheintemalfor