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堆载作用下群桩负摩阻力特性的三维有限元数值模拟

作　者: 朱思静
导　师: 刘忠
学　校: 湘潭大学
专　业: 结构工程
关键词: 群桩负摩阻力堆载作用有限元分析遮蔽系数
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

从负摩阻力概念被提出至今，在这不到一百年的时间内，国内外学者针对桩基负摩阻力和桩–土相互作用问题，已经进行了大量的现场试验、室内模型试验、理论分析和数值计算研究，并取得了一定的成果。本文在总结前人研究成果的基础上，针对地面堆载作用下群桩负摩阻力特性进行了数值模拟分析，主要内容包括：1．阐述了桩基负摩阻力的概念，产生原因及其危害，概述了减少桩基负摩阻力的措施，总结了我国规范中对桩基负摩阻力的规定，并对桩基负摩阻力研究状况从四个方面进行了总结和概括，了解目前桩基负摩阻力研究现状及存在的一些问题，从而明确了本文研究的方向。2．针对地面堆载和桩顶竖向荷载作用下的群桩，运用有限元分析软件ANSYS，选取合适的桩体与土体的本构关系，并考虑了桩–土界面的接触问题，建立了考虑负摩阻力影响的、群桩–土三维有限元数值分析模型，利用数值分析结果与现场试验结果和室内模型试验结果分别进行了对比，计算结果与试验值吻合较好，验证了群桩三维有限元模型的合理性。3．在所建立的群桩三维有限元模型的基础上，分析了地面堆载等级、桩顶竖向荷载等级、地面堆载和桩顶竖向荷载施荷顺序、桩–土摩擦系数以及桩间距等参数，分别对群桩负摩阻力特性和负摩阻力群桩效应的影响，得到了一些规律性的、有价值的结论。4．阐述了群桩负摩阻力的理论计算公式，运用了基于极限平衡原理的负摩阻力作用下群桩效应系数的理论计算方法，对三个工程实例进行了计算，得到了群桩中各位置桩的群桩效应系数，将计算结果与实测结果以及数值模拟结果进行了比较分析，计算结果与实测结果以及数值模拟结果吻合较好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-21
  1.1 引言  8
  1.2 桩基负摩阻力研究背景  8-13
    1.2.1 桩基负摩阻力的概念及形成机理  8-9
    1.2.2 桩基负摩阻力产生的原因及危害  9-11
    1.2.3 减少桩基负摩阻力的措施  11
    1.2.4 桩基负摩阻力在我国规范中的规定  11-13
  1.3 桩基负摩阻力研究状况  13-19
    1.3.1 现场试验研究  13-15
    1.3.2 模型试验研究  15-16
    1.3.3 理论方法研究  16-19
    1.3.4 数值模拟研究  19
  1.4 桩基负摩阻力研究目前存在的问题  19-20
  1.5 本文研究的主要内容  20-21
第2章堆载作用下群桩负摩阻力特性的三维有限元数值模拟分析  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 群桩三维有限元模型的建立  21-27
    2.2.1 试验概况  21-22
    2.2.2 群桩三维有限元几何模型  22-23
    2.2.3 土体本构关系的选取  23-26
    2.2.4 土体和桩体单元的选取  26
    2.2.5 ANSYS 中桩–土界面接触分析  26-27
  2.3 数值模拟与模型试验结果对比分析  27-29
  2.4 工程实例验证  29-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章堆载作用下群桩负摩阻力特性的参数分析  33-53
  3.1 引言  33
  3.2 群桩工作性能特性参数  33
  3.3 计算方案  33-35
  3.4 改变参数对群桩工作性状的影响  35-51
    3.4.1 地面堆载等级对群桩负摩阻力特性的影响  35-39
    3.4.2 桩顶竖向荷载对群桩负摩阻力特性的影响  39-43
    3.4.3 桩顶荷载和地面堆载施荷顺序的影响  43-45
    3.4.4 桩–土摩擦系数的影响  45-48
    3.4.5 桩间距的影响  48-51
  3.5 本章小结  51-53
第4章群桩负摩阻力计算与群桩效率计算  53-61
  4.1 引言  53
  4.2 群桩负摩阻力计算方法  53-55
    4.2.1 Terzaghi 和 Peck 的方法  53
    4.2.2 远藤方法（影响圆法）  53-55
    4.2.3 有效应力法及其他方法  55
  4.3 基于极限平衡原理的负摩阻力群桩效应系数计算方法  55-57
  4.4 工程实例  57-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章结论与展望  61-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
附录攻读学位期间发表学术论文目录  69

堆载作用下群桩负摩阻力特性的三维有限元数值模拟

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