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考虑上部结构共同作用的桩筏基础有限元分析

作　者: 王闪闪
导　师: 邓安福
学　校: 重庆大学
专　业: 岩土工程
关键词: 上部结构桩筏基础非线性共同作用有限元方法面向对象
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 240次
引　用: 5次
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内容摘要

桩筏基础是高层建筑广泛采用的一种重要的基础型式,关于高层建筑体系中上部结构、桩筏基础与地基共同作用的研究受到学术界和工程界的普遍关注。虽然人们对该课题已进行了大量分析与探讨,研究成果显著,但由于这一体系的复杂性和计算条件的限制,目前的研究成果还不能完全满足实际的需要,还有许多问题需要学术界、工程界同仁的共同努力。本文在分析研究国内外有关共同作用理论及其研究现状的基础上,利用有限元法对该问题进行数值分析。桩体及筏板视为弹性体材料,筏板采用8 结点的平面等参弯曲单元进行分析,桩体采用三维20 节点实体单元模拟。地基土考虑为非线性弹性的邓肯-张模型,应用空间20 结点的等参单元分析。在桩土之间引入Goodman 接触面单元来模拟和分析。上部结构视为线弹性材料,利用空间杆系结构的有限元法进行分析,并应用子结构方法,把上部结构的刚度和荷载凝聚于基础板上,再进行地基与基础的共同作用整体有限元分析。建立一种空间8 节点的平面弯曲单元-20 节点有限元-16 节点接触面单元相耦合的数值计算模型。用面向对象编程工具Visual C++6.0 编制了针对共同作用的有限元分析程序OOPFE(Object-Oriented programming of finite element )。利用大型有限元分析软件ANSYS 的前处理程序快速形成供计算程序使用的数据文件,用VC++语言编制相应的后处理程序。利用自编程序作为基本工具,计算分析了竖向荷载作用下桩筏基础考虑上部结构刚度的影响时,基础平均沉降、差异沉降、桩顶反力分布、筏板内力、筏板荷载承担比的变化特性;此外,本文还对等间距均匀布桩桩筏基础作了抽桩分析。实例研究表明,本文自编的上部结构-桩筏基础-地基共同作用的有限元程序OOPFE 是切实可行的,其运算结果比较令人满意,具有一定实用价值。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 问题的提出及研究意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 上部结构、地基基础共同作用的研究现状  12-13
    1.2.2 桩筏基础分析方法的研究现状  13-15
  1.3 本文研究目的和研究内容  15-18
    1.3.1 本文的研究目的  15-16
    1.3.2 本文的研究内容  16-18
2 上部结构、桩筏基础共同作用的有限元分析  18-46
  2.1 有限元的基本思路  18-19
  2.2 地基土的本构模型  19-23
  2.3 桩筏基础的有限元分析  23-36
    2.3.1 桩土共同作用的耦合数值模型  23-31
    2.3.2 桩筏基础的耦合数值模型  31-36
  2.4 上部结构的有限元分析  36-41
    2.4.1 刚度方程的形成  36-39
    2.4.2 子结构凝聚  39-41
  2.5 上部结构与桩筏基础共同作用的耦合方程  41-42
  2.6 中点刚度增量法  42-46
3 面向对象的有限元程序设计及算例分析  46-68
  3.1 OOPFE 程序总说明  46
  3.2 面向对象有限元程序的分析  46-48
  3.3 OOPFE 程序中各结构对象类的说明  48-59
    3.3.1 有限元整体类  48-52
    3.3.2 结点类  52
    3.3.3 单元类  52-58
    3.3.4 材料类  58-59
    3.3.5 荷载类和荷载组类  59
    3.3.6 矩阵类  59
    3.3.7 稀疏矩阵类  59
  3.4 OOPFE 程序主框图  59-61
  3.5 算例分析一  61-65
    3.5.1 算例说明  61-62
    3.5.2 计算模型说明  62-63
    3.5.3 算例结果分析  63-65
  3.6 算例分析二  65-68
    3.6.1 算例说明  65-67
    3.6.2 算例结果分析  67-68
4 考虑上部结构共同作用的桩筏基础计算  68-80
  4.1 上部结构与桩筏基础共同作用计算  68-74
    4.1.1 计算模型说明  69-71
    4.1.2 计算结果及分析  71-74
  4.2 抽桩分析  74-79
    4.2.1 桩-筏基础沉降特性  76-77
    4.2.2 筏板的弯矩分布  77-78
    4.2.3 桩与筏板的荷载分担  78-79
  4.3 本章小结  79-80
5 结论与展望  80-82
  5.1 主要结论  80-81
  5.2 后续研究工作的展望  81-82
致谢  82-84
参考文献  84-88
附录:作者在攻读学位期间发表的论文目录  88-90
独创性声明  90
学位论文版权使用授权书  90

考虑上部结构共同作用的桩筏基础有限元分析

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