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含缺陷桩的桩基础竖向工作性状的三维非线性数值模拟

作　者: 雷丰浩
导　师: 王成华
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 群桩基础缺陷桩竖向承载性状有限元数值模拟
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

桩基础是各类建筑物和构筑物的主要基础形式之一，然而缺陷桩在桩基施工中较为常见，缺陷的形式包括桩身断裂、扩径、桩底沉渣等。由于桩基础在我国的广泛应用，所以有必要研究各类缺陷对桩基础承载性状的影响。目前对于缺陷桩的研究主要集中在检测、处理方面，针对其承载性状的研究还比较少，且大多集中在对缺陷单桩的研究。本文通过数值方法对缺陷单桩以及含缺陷桩的群桩基础的整体工作性状以及工作机理进行了研究。本文利用FEAPPF-3D非线性有限元程序对分别含有扩径、桩底沉渣、断桩的单桩基础以及分别含有这三种缺陷的四桩高承台群桩基础进行了数值模拟。通过有限元计算得到了缺陷桩的荷载-沉降曲线，通过与正常桩荷载-沉降曲线的比较，得出了扩径、桩底沉渣、断桩对桩基础竖向承载能力的影响；计算还得到了桩身轴力以及桩侧摩阻力的分布规律，通过分析桩、土之间的相互作用机理探讨缺陷桩的内在工作机理。研究成果揭示了扩径、桩底沉渣、断桩等缺陷对桩基础竖向承载能力影响的规律，对工程设计以及工程实践具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 缺陷桩的研究现状  8-10
  1.3 本文主要研究内容及创新点  10-12
    1.3.1 本文主要研究内容  10-11
    1.3.2 本文创新点  11-12
第二章桩土相互作用三维有限元分析理论  12-22
  2.1 有限元法的基本理论  12-15
    2.1.1 有限元的基本过程  12-14
    2.1.2 有限元的基本步骤  14-15
  2.2 材料非线性有限元法  15-17
  2.3 中点增量法  17-18
  2.4 桩土体系的桩土相互作用数值模型  18-22
    2.4.1 三维八节点六面体等参数单元  18-20
    2.4.2 无界元  20
    2.4.3 无厚度的 Goodman 接触单元  20-22
第三章正常灌注桩基础竖向承载性状分析  22-33
  3.1 引言  22
  3.2 计算参数的确定  22-23
  3.3 计算模型前处理  23-24
    3.3.1 单桩模型的建立  23-24
    3.3.2 四桩群桩模型的建立  24
  3.4 正常单桩计算结果  24-27
  3.5 正常群桩计算结果  27-32
  3.6 本章小结  32-33
第四章含扩径缺陷的灌注桩基础竖向承载性状分析  33-44
  4.1 引言  33
  4.2 计算参数及模型前处理  33-34
    4.2.1 计算参数的选取  33
    4.2.2 扩径缺陷的模型模拟  33-34
  4.3 扩径单桩计算结果  34-37
  4.4 含扩径桩的四桩群桩计算结果  37-43
    4.4.1 荷载-沉降曲线  37-38
    4.4.2 桩身轴力分布规律  38-40
    4.4.3 桩侧摩阻力分布规律  40-42
    4.4.4 竖向位移云图  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章桩底含有沉渣的灌注桩基础竖向承载性状分析  44-55
  5.1 引言  44
  5.2 计算参数及模型前处理  44
  5.3 桩底含有沉渣的单桩计算结果  44-48
  5.4 桩底含有沉渣的四桩群桩计算结果  48-54
    5.4.1 荷载-沉降曲线  48-49
    5.4.2 桩身轴力分布规律  49-50
    5.4.3 桩侧摩阻力分布规律  50-52
    5.4.4 总的桩侧摩阻力与桩端阻力  52-53
    5.4.5 竖向位移云图  53-54
  5.5 本章小结  54-55
第六章含断桩缺陷的灌注桩基础竖向承载形状分析  55-66
  6.1 引言  55
  6.2 计算参数及模型前处理  55-56
    6.2.1 计算参数的选取  55
    6.2.2 断桩缺陷的模拟  55-56
  6.3 含断桩缺陷的单桩计算结果  56-58
  6.4 含断桩缺陷的四桩群桩计算结果  58-64
    6.4.1 荷载-沉降曲线  58-60
    6.4.2 桩身轴力分布规律  60-62
    6.4.3 桩侧摩阻力分布规律  62-63
    6.4.4 竖向位移云图  63-64
  6.5 本章小结  64-66
第七章结论与展望  66-68
  7.1 主要结论  66-67
  7.2 展望  67-68
参考文献  68-72
发表论文和参加科研情况说明  72-73
致谢  73

含缺陷桩的桩基础竖向工作性状的三维非线性数值模拟

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