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基于ANSYS地震作用下群桩动力响应的研究

作　者: 徐雁飞
导　师: 钱德玲
学　校: 合肥工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 群桩—土动力相互作用非线性振动台试验桩身内力数值模拟
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

群桩—土动力相互作用是目前岩土地震工程领域的一个热点研究课题。由于土动力特性、桩—土界面的动力接触行为、桩—桩相互作用等问题的复杂性,使得群桩—土动力相互作用已成为一个非常复杂的研究课题。随着社会经济的快速发展,土地资源减少,越来越多的重型厂房、超高层建筑物等不断兴建,人们对桩基础的使用更加普遍且复杂,这对桩基础的设计,特别是在承受动力荷载作用的桩基设计提出了更高的要求。本文结合振动台试验,利用有限元方法对地震作用下群桩—土的动力相互作用问题进行了研究。本文设计了群桩—土—结构动力相互作用体系的振动台试验,主要包括相似关系的采用、土箱模型的选择、试验加载制度等。再以试验为基础,采用有限元软件ANSYS建立计算模型,并对建模过程中的一些关键问题做了研究,主要包括土体本构模型的选择、桩土接触问题的处理、对称性的利用及约束的设置等。经过计算,得到的数值模拟结果与振动台试验结果吻合较好,证明了该数值模拟的有效性。然后从群桩-土相互作用体系的加速度反应、位移反应,桩身的内力变化等方面对计算结果进行分析,得到相同能量的不同频率地震作用对结构产生不同的加速度响应、邻桩振动产生附加应力、桩身内力和位移分布规律等一系列成果,对地震作用下桩的受力机理有了新的认识。最后对群桩基础随桩长改变、土体分层而对抗震性能的改变做了进一步的分析,通过对桩单位长度最大相对位移、桩头内力值等的分析得到桩长的增加对抗震有积极地作用,而考虑土体的分层对基础结构将产生非线性作用,在土层交界面处该作用尤为明显,在桩基设计中应该加以考虑。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-13
第一章绪论  13-24
  1.1 引言  13
  1.2 课题的确定及研究意义  13-14
  1.3 群桩动力响应的国内外研究现状  14-15
  1.4 桩—土动力相互作用的分析方法  15-23
    1.4.1 文克尔梁模型和p—y 曲线法  16-20
    1.4.2 有限单元法  20-21
    1.4.3 动力试验法  21-23
  1.5 本文的研究内容  23-24
第二章振动台试验的设计与实现  24-35
  2.1 试验模型设计  24-27
  2.2 土体边界条件设计  27-28
  2.3 试验传感器布置  28-30
  2.4 试验地震波的选用  30-32
  2.5 试验加载制度  32-35
第三章计算模型的建立  35-43
  3.1 有限元软件 ANSYS  35
    3.1.1 ANSYS 软件的功能  35
  3.2 计算模型的建立  35-43
    3.2.1 单元的选用  35-37
    3.2.2 土体参数定义  37-39
    3.2.3 钢筋的处理  39
    3.2.4 桩-土之间的接触  39-40
    3.2.5 对称性的利用及模型约束设定  40-41
    3.2.6 网格划分与建模  41-43
第四章群桩动力体系的地震响应分析  43-56
  4.1 地震作用加载及求解控制  43-46
    4.1.1 地震作用的加载  43-45
    4.1.2 求解控制选项设置  45-46
  4.2 体系模态分析  46-47
  4.3 地震作用结果分析  47-56
    4.3.1 加速度时程分析  48-50
    4.3.2 桩身两侧位移分析  50-51
    4.3.3 桩身内力分析  51-54
    4.3.4 上部结构动力响应  54-56
第五章群桩体系抗震性能的影响因素  56-63
  5.1 不同桩长对基础抗震性能的影响  56-60
    5.1.1 不同桩长位移响应对比  56-59
    5.1.2 桩身剪力的变化  59-60
  5.2 土体分层对地震作用的影响  60-61
  5.3 地震作用下桩基设计的启示  61-63
第六章结论与展望  63-65
  6.1 本文的主要结论  63
  6.2 后续工作的感想  63-65
参考文献  65-68

基于ANSYS地震作用下群桩动力响应的研究

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