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《天津大学》 2007年
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基于ANSYS二次开发的桩土相互作用的三维非线性有限元分析

严祖文  
【摘要】: 近年来,由于我国高层建筑的发展,桩筏基础被广泛采用。但由于桩筏基础是一个十分复杂的系统,许多方面的问题尚未解决。因此,发展桩土相互作用的实用、有效和可靠的理论和数值分析方法,进一步认识桩筏与地基土的共同作用机制,充分考虑筏板直接对地基土的荷载传递等因素,从而改进桩筏基础的传统设计方法,仍是目前迫切需要解决的课题。 ANSYS软件在应用于岩土工程领域时,对岩土等颗粒性材料,其程序内部仅提供了近似的Drucker-Prager材料模型,是一种理想的弹塑性模型,不能够很好地反映岩土材料的非线性本构关系,尚无国内岩土工程领域中广泛采用的反映岩土材料的非线性本构关系的Duncan-Chang模型。这一缺憾,无疑使ANSYS软件在土工有限元分析问题中的应用范围和适用性受到了局限。为弥补这一不足,本文首先基于ANSYS的用户可编程特性(UPFs )的二次开发功能,成功导入了Duncan-Chang非线性本构模型,并且对二次开发的成果进行了一系列的验证和比较。计算结果表明,模型算例的求解效率和精度令人满意,有望成为强大的解决大型复杂土工问题的非线性数值分析工具。 与此同时,由于桩土相互作用问题的复杂性,要获得解析解是十分困难的,所以利用非线性有限元法对该问题进行数值分析是非常必要的。本文建立了桩土相互作用的三维有限元-接触面单元的非线性耦合数值模型来模拟桩与土的几何、力学特性,基于ANSYS二次开发上编制了桩土相互作用的三维非线性有限元分析程序PSIFEM。利用该程序作为本课题研究的基本工具,对竖向荷载作用下的单桩、群桩与土相互作用机理进行了探讨,在计算中,主要考虑不同桩数、桩径、桩间距、桩长径比及承台刚度等条件下对桩筏基础体系的受力和变形影响,提出了桩筏基础设计的改进建议。 最后,结合本文所编的ANSYS二次开发程序,将本文的计算理论在天津的实际工程中进行了应用,取得了较好的效果。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU473.1

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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