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模拟施工过程的钻孔灌注桩竖向承载性状有限元分析

作　者: 杨立功
导　师: 王成华
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 钻孔灌注桩 ABAQUS 施工过程模拟桩侧水平地应力竖向承载性状
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 104次
引　用: 2次
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内容摘要

由于诸多因素的影响,钻孔灌注桩的承载性状是很复杂的。钻孔灌注桩的施工过程是影响其承载性状的因素之一,若不考虑这个因素,理论上的桩的承载性状会与桩的实际承载性状有差距。因此,对考虑施工过程影响的钻孔灌注桩的承载性状的研究是必要的。本文在分析钻孔灌注桩施工过程的基础上,对钻孔灌注桩的施工过程做了一些简化与假定,应用大型非线性有限元分析软件ABAQUS模拟钻孔灌注桩的施工过程,并分析了施工过程中桩周土体应力变化以及施工过程对不同工况的钻孔灌注桩的竖向承载性状的影响。整个模拟过程由多个阶段组成,包括初始地应力平衡、桩位分段钻孔、泥浆护壁、混凝土分段浇注、混凝土硬化成桩、分级施加荷载、不同工况的钻孔灌注桩的竖向承载性状对比等。通过模拟分析,得到考虑施工过程影响的钻孔灌注桩的竖向承载性状。通过不同工况的钻孔灌注桩的竖向承载性状的对比,证明了不管是什么样工况的钻孔灌注桩,存在于桩侧土内的水平地应力的大小对桩的竖向承载性状有着显著的影响,桩的竖向承载力都随这个水平地应力的增大而增大。而且,当桩侧土体内的水平应力一定,径逐渐变小、土的静止侧压力系数逐渐变大时,桩的承载力、侧摩阻力、轴力都会逐渐增大;当桩长逐渐变长时,桩的承载力也会逐渐增大。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 课题背景及研究意义  8
  1.2 钻孔灌注桩施工过程及其模拟的可能性  8-10
    1.2.1 施工准备  8-9
    1.2.2 钻孔与灌注泥浆  9
    1.2.3 排渣清孔  9
    1.2.4 灌注混凝土  9
    1.2.5 模拟的可能性  9-10
  1.3 土体本构模型与桩的数值研究现状  10-12
    1.3.1 土体本构模型  10-12
    1.3.2 桩的数值研究现状  12
    1.3.3 ABAQUS在桩的数值分析中的应用  12
  1.4 钻孔灌注桩施工对承载性状影响的研究现状  12-15
  1.5 竖向荷载作用下的单桩承载性状  15-16
    1.5.1 竖向荷载作用下单桩的承载机理  15-16
    1.5.2 单桩竖向极限承载力的确定  16
  1.6 本文的主要研究内容与创新之处  16-18
    1.6.1 主要研究内容  16-17
    1.6.2 主要创新之处  17-18
第二章非线性有限元理论和材料本构模型  18-38
  2.1 有限元法基本理论  18-24
    2.1.1 有限元法在土工领域的应用  18
    2.1.2 有限元法的基本原理和基本步骤  18-19
    2.1.3 空间八节点等参数单元  19-24
  2.2 ABAQUS计算原理与方法  24-28
    2.2.1 ABAQUS有限元软件简介  24-25
    2.2.2 非线性求解  25
    2.2.3 平衡迭代和收敛  25-27
    2.2.4 自动增量控制  27-28
  2.3 ABAQUS中固-固面摩擦接触理论  28-29
  2.4 非线性材料的本构方程  29-37
    2.4.1 一般本构方程的表达式  29-31
    2.4.2 Mohr-Coulomb(M-C)模型  31-33
    2.4.3 非线性方程组的求解  33-37
  2.5 混凝土的本构模型  37-38
第三章钻孔灌注桩施工过程的三维有限元模拟方法  38-54
  3.1 钻孔灌注桩施工模拟概述  38-41
    3.1.1 ABAQUS建模步骤  38-39
    3.1.2 模型的建立及参数的选取  39-40
    3.1.3 模拟步骤  40-41
    3.1.4 若干假定  41
  3.2 地应力平衡计算  41-43
  3.3 桩孔开挖与灌注泥浆  43-45
  3.4 混凝土浇注的模拟  45-48
  3.5 对浇注后混凝土硬化的简化模拟  48-52
    3.5.1 硬化完成后桩侧土体水平应力的假定  48-50
    3.5.2 ABAQUS中的模拟  50-52
  3.6 本章小结  52-54
第四章考虑施工过程影响的钻孔灌注桩竖向承载性状分析  54-80
  4.1 概述  54
  4.2 考虑施工过程影响的钻孔灌注桩承载力分析  54-64
    4.2.1 荷载－沉降曲线特征分析  54-55
    4.2.2 不同水平压应力作用下钻孔灌注桩的承载力分析  55-58
    4.2.3 不同工况的桩的承载力对比分析  58-61
    4.2.4 不同工况的桩的极限承载力对比分析  61-63
    4.2.5 同一级荷载作用时的桩顶沉降  63-64
  4.3 考虑施工过程影响的钻孔灌注桩侧摩阻力分析  64-72
    4.3.1 桩顶荷载为Qcri时的侧摩阻力分析  64-69
    4.3.2 当桩顶荷载达到Qcri/2 时桩的侧摩阻力分析  69-72
  4.4 考虑施工过程影响的钻孔灌注桩桩底反力分析  72-74
  4.5 考虑施工过程影响的钻孔灌注桩轴力分析  74-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章结论与展望  80-82
  5.1 结论  80-81
  5.2 展望与建议  81-82
参考文献  82-86
发表论文和科研情况说明  86-87
致谢  87

模拟施工过程的钻孔灌注桩竖向承载性状有限元分析

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