基于任意拉格朗日—欧拉法的砂土中打入桩有限元分析

论文摘要

打入桩作为重要的基础形式,广泛地应用于港口、大型桥梁、海洋石油平台以及风力涡轮机等。准确预测打入桩在不同荷载条件下（静荷载、循环荷载、竖向荷载和水平荷载）的极限承载力和荷载-位移响应对实际工程应用至关重要。虽然可以通过现场静载试验确定桩的极限承载力,但是在海洋工程中开展现场试验的难度极大且成本昂贵。目前许多打入桩静载试验数据库研究验证了基于静力触探（CPT）的设计方法能够较好地预测桩的承载力,但预测精度和准确性仍有待进一步提高。准确获得打桩过程中砂土的应力、位移和应变,能够深入认识桩-土作用机理,并揭示打入桩的承载特性,为建立更为合理的承载力计算方法提供依据。本文采用Abaqus中的任意拉格朗日-欧拉法（ALE）模拟闭口桩打入砂土中的模型槽试验,得到了桩侧砂土的应力变化规律;并采用追踪粒子方法获得了砂土的位移和应变路径。ALE方法能够较好地解决模拟打桩过程时容易发生的网格畸变;采用追踪粒子方法可以解决网格重划分造成的节点位移输出问题。桩打入过程中砂土径向、环向和竖向应力的模拟结果验证了桩侧砂土应力主要与距桩尖的相对位置（竖向距离h/R、径向距离r/R）有关。对桩打入引起的砂土位移场进行了分区,桩尖正下方砂土的位移矢量接近竖直方向,而远离桩尖区域的位移矢量则有相对较大的径向分量,两者之间存在位移矢量方向由竖向变为径向的过渡区域。桩刚打入时,砂土受到竖向压缩和径向拉伸;当桩尖经过砂土所在的深度后,其应变方向发生反转,出现竖向拉伸和径向压缩。通过数值分析得到的砂土应力、位移和应变变化规律与室内试验结果较为一致,验证了该有限元方法模拟打桩过程的可行性,并为试验结果提供了有效的补充。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 符号清单
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 桩基试验
•     1.2.2 数值模拟
•   1.3 本文主要研究内容
• 2 有限元数值方法简介
•   2.1 引言
•   2.2 Zipper-type技术
•   2.3 任意拉格朗日-欧拉法
•   2.4 耦合欧拉-拉格朗日法
•   2.5 本章小结
• 3 砂土应力变化规律
•   3.1 引言
•   3.2 模型槽试验
•   3.3 有限元模型
•   3.4 收敛性分析
•   3.5 砂土应力模拟结果
•     3.5.1 锥尖阻力
•     3.5.2 径向应力
•     3.5.3 环向应力
•     3.5.4 竖向应力
•   3.6 本章小结
• 4 砂土变形变化规律
•   4.1 引言
•   4.2 室内试验结果
•   4.3 砂土位移模拟结果
•     4.3.1 位移模式
•     4.3.2 位移路径
•     4.3.3 位移场
•   4.4 砂土应变模拟结果
•     4.4.1 应变模式
•     4.4.2 应变路径
•     4.4.3 应变场
•   4.5 本章小结
• 5 结论与建议
•   5.1 结论
•   5.2 进一步研究工作的建议
• 参考文献
• 附录
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高尤毅

导师: 杨仲轩

关键词: 砂土,打入桩,有限元数值模拟,方法,模型槽试验,应力,位移,应变

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,公路与水路运输,水利水电工程

单位: 浙江大学

分类号: U655.55;P75

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002413

总页数: 92

文件大小: 10427k