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《湖南大学》 2012年
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竖向弹性压缩波作用下群桩屈曲有限元分析与工程应用

邓建安  
【摘要】:桩基础因具有承载力高、沉降小及抗震性能好等优点而被广泛运用于桥梁、港口、码头及钻井平台等工程的基础,且多采用高承台桩基。对于这类高承台群桩基础,在上部结构荷载及本身自重(静力荷载)和车辆振动、地震纵波等竖向弹性压缩波(动力荷载)共同作用下,可能发生屈曲破坏,这类破坏常具有突发性且后果十分严重,如何分析群桩基础的动力响应尤其是动力屈曲稳定性具有重要的理论与工程实际意义。 为此,论文基于国内外已有的关于桩基屈曲稳定性及桩—土—承台相互作用的研究成果,对几种关于桩—土相互作用的分析方法及分析模型进行了较为系统的讨论。在此基础上,引入具有波动特点的桩—土位移影响理论,经适当简化,基于动力文克尔梁模型建立了动力荷载作用下桩—土相互作用的运动微分方程,并给出了基于动力相互作用因子的方程求解方法。 其次,考虑桩—土—承台间的接触及桩周土体材料的非线性,基于动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一22群桩基础进行实体建模分析,将数值分析结果与本文的理论简化计算结果进行了对比分析,验证了有限元分析的可行性。在此基础上,基于所获得的位移及内力云图,讨论了桩身位移及内力的开展与分布规律,并通过改变桩—土体系几何与材料参数,获得了桩间距、桩土刚度比及桩长等参数对群桩基础桩顶水平位移的影响规律。 最后,结合工程实例—李子沟特大桥的桩基设计问题,对其12#承台下的群桩基础进行三维实体建模,考虑桩—土相互作用,完成了静力与动力分析,将静力分析结果与现场试验实测结果进行了对比分析,并探讨了不同地震加速度作用下群桩基础的中桩与角桩的桩端竖向位移与桩顶水平位移分布规律,且考虑静动荷载的共同作用,分析了桩—土—承台体系在不同地震波作用下的动力特性变化规律,获得动力荷载对群桩基础位移幅值及失稳临界荷载的影响规律,深化了对群桩基础在地震荷载作用下动力响应的认识,进而通过改变桩间距及桩长两种方案对该工程桩基进行了优化设计。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U443.15

【参考文献】
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