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考虑空间效应的桩-土-结构共同作用的分析

孙容  
【摘要】: 随着现代社会和经济的发展,桩基础在现代土木工程发展中起了越益巨大的作用。目前我国海洋石油平台、超高层建筑、大跨度桥梁等中所使用的桩基础不仅能承受巨大的竖向荷载,而且能承受较大的水平荷载,以适应现代建筑物高、重、大的要求。 由于传统分析方法已经难于对复杂建筑物的设计问题给出满意的解答,比如高层建筑、海洋平台结构等。只有根据共同作用的原理,对上部结构与桩基相互作用又相互制约的整体进行分析,才能得到比较符合实际的结果。桩-土-上部结构的共同作用是把三者看成一个整体,并要满足相互之间在接触部位的变形协调条件。目前大多数国内外软件对桩基础的分析仅局限于桩基本身,对于桩基和上部结构的相互作用,虽然国内外的学者做了大量的研究,但还存在许多计算模式和应用上的问题。 非线性结构分析系统NSAS是浙江大学结构工程研究所在微型机上开发的具有自主产权的有限元软件,具有较强的可容性。 本文在全面系统地总结国内外最新理论和研究成果的基础上,对桩基础的计算方法进行了详细地比较和分析,提出合理、有效的考虑桩-土相互作用的计算分析方法,编制相应的计算程序,并对桩基在静荷载、动荷载的作用下的承载力性能作了详细的分析。用桩头等效非线性杆件代替桩基础,在NSAS上实现了桩-土-结构共同作用的分析。 在三维受力状态下,由于桩周土的非线性,迭加原理不再适合,而目前许多有限元程序只是简单地把单桩计算得到桩头等效非线性弹簧作为结构的边界条件,这样将导致出现比较大的偏差。本文针对这一问题进行了分析,并提出桩头等效非线性曲线的修正方法,并在NSAS和大型商业软件ANSYS上均可以实现桩-土-结构共同作用的空间效应分析。


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