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水平受荷单桩分析方法研究

作　者: 张红
导　师: 王幼清
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 水平受荷单桩双参数地基剪切弹簧弹塑性分析有限差分
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
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内容摘要

随着国民经济的飞速发展、科学技术水平的提高，土木工程领域也取得了长足发展，高层、超高层建筑、高耸结构、大跨度的桥梁以及城市立交桥的建设也越来越多。桩基础以其承载力大、变形小、稳定性好等特点，在上述结构中广泛应用。桩在承受较大竖向荷载作用的同时，风、波浪、地震、船舶撞击、车辆制动力等侧向荷载的作用也突显出来，因此桩基础在计算和设计时不得不考虑水平荷载对其承载能力的影响。此前许多学者对水平受荷桩进行了研究，给出了一些理论分析方法，如极限地基反力法、弹性地基反力法、复合地基反力法、弹性理论法、双参数地基弹性法、NL法以及数值分析方法等，但由于问题的复杂性，这些方法都存在应用的局限性。本文首先总结了上述各种方法的优缺点，针对常用的四种方法编写了MATLAB程序，通过一个典型的试验实例比较了四种方法的计算结果与实测值的差异，并进一步分析了它们在编程计算中遇到的困难和计算方法本身的缺陷。然后，在Vlasov双参数地基模型的基础上，得到双参数地基的水平承载桩的挠曲微分方程。用地基压缩系数为k的压缩弹簧和地基剪切系数为G的剪切弹簧来模拟土体对桩的反力作用，建立了双参数地基弹性模型，并确定了k和G的取值。为了考虑土体的塑性变形，将滑块单元串联到压缩弹簧上，来模拟土的弹塑性性质，建立了双参数地基弹塑性模型的桩土相互作用体系，并对土的水平极限抗力的表达式进行了研究。采用有限差分法进行求解，并编写了相应的MATLAB程序，方便了计算。对于多层地基，考虑了交界面处的连续性，编写MATLAB程序，验证了本文计算方法对多层地基的适用性。最后，利用双参数地基弹塑性计算方法对影响水平受荷单桩的几个主要因素，如桩径、桩长、桩身弹性模量、土体弹性模量、泊松比和桩顶约束条件等进行了分析，探讨了各因素对水平受荷单桩受力特性的影响规律，得出一些认识和建议。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究意义  9-11
  1.2 水平受荷单桩分析方法概述  11-15
    1.2.1 桩基水平荷载分类  11-12
    1.2.2 水平受荷单桩研究的发展历史  12
    1.2.3 水平受荷单桩理论研究现状  12-14
    1.2.4 水平受荷单桩试验研究现状  14-15
  1.3 水平受荷单桩研究中存在的问题  15-16
  1.4 本文的主要研究内容和路线  16-18
第2章水平受荷单桩工作性状与分析方法研究  18-39
  2.1 水平受荷单桩的工作性状  18-19
  2.2 桩基分类  19-20
  2.3 各类水平受荷单桩的破坏机理  20-22
    2.3.1 刚性短桩的破坏机理  20-21
    2.3.2 半刚性桩（中长桩）的破坏机理  21
    2.3.3 弹性长桩的破坏机理  21-22
  2.4 水平受荷单桩的分析方法研究  22-35
    2.4.1 极限地基反力法  22-24
    2.4.2 弹性地基反力法  24-26
    2.4.3 复合地基反力法(p-y 曲线法)  26-31
    2.4.4 弹性理论法  31-32
    2.4.5 双参数地基弹性法  32-34
    2.4.6 NL 法  34-35
  2.5 算例分析  35-38
  2.6 本章小结  38-39
第3章水平受荷单桩双参数地基弹塑性分析方法  39-59
  3.1 概述  39
  3.2 水平受荷单桩的挠曲微分方程  39-41
  3.3 双参数地基弹塑性分析方法  41-48
    3.3.1 双参数微分方程  41-42
    3.3.2 桩土作用的弹性分析  42-45
    3.3.3 弹塑性分析  45-48
  3.4 有限差分解  48-53
    3.4.1 桩的差分方程  48-52
    3.4.2 求解的主要步骤  52-53
  3.5 试验实例验证分析  53-56
  3.6 多层地基水平受荷单桩的分析  56-57
  3.7 本章小结  57-59
第4章水平受荷单桩影响因素分析  59-72
  4.1 概述  59
  4.2 桩径对桩身位移和弯矩的影响分析  59-61
  4.3 桩长对桩身位移和弯矩的影响分析  61-63
  4.4 桩的弹性模量对桩身位移和弯矩的影响分析  63-65
  4.5 土体弹性模量对桩身位移和弯矩的影响分析  65-67
  4.6 土体泊松比对桩身位移和弯矩的影响分析  67-68
  4.7 桩顶约束条件对桩身位移和弯矩的影响分析  68-70
  4.8 本章小结  70-72
结论  72-74
参考文献  74-79
致谢  79

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