动力设备-桩基体系的非线性动力分析开题报告

 2021-11-23 09:11

1. 研究目的与意义(文献综述)

本文的研究方向主要涉及到桩基动力问题,桩基动力问题具体又包括大型动力设备引起的震动问题和地震动载荷引起的桩基响应问题,两种震动方式对桩基础的作用机理、作用效果以及研究理论和方法上有很多相似之处,但又不尽相同,本文主要研究对象是前者,但会借鉴后者的理论与方法。该问题较为复杂,需要结合多种方法进行研究和设计。

桩基动力学现有研究方法包括:连续介质力学方法、地基响应法和数值计算方法。连续介质力学方法是基于连续介质理论和框架建立的桩基力学行为的数学模型,其中,桩和土的材料可以是弹性、粘弹性和弹塑性材料等。该方法概念清楚、理论性强,得到比较广泛的认同,因而比较流行。

地基响应法是将土对桩的作用力表述为一系列的方程,包括各种广义Winkler地基模型、地基反力系数法等。考虑到土体抗力的非线性特点而提出的反力-挠度曲线法,即P-Y曲线法,并被列入美国API规范。P-Y曲线法原理简单、计算可信度较高、实用范围较广,特别是对于复杂工况下桩基力学特性的研究,有较大的用途。但是由于其试验需要高昂的成本,故只能在部分重大工程中大规模的应用。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究基本内容及目标

(1)利用现有的桩基动力问题的理论理论方法,首先从静载荷角度出发,,对几种桩基方案在静载荷作用下的力学行为模拟分析;

(2)利用ABAQUS有限元软件,根据选定的土质复杂自由场,分别建立单桩和考虑群桩效应的精细化三维实体几何模型,建模时应考虑符合周围土体与桩基之间相互作用的特性以及桩身和土体的本构模型的选取;

(3)选定合适的动载荷,利用(2)中建立的模型进行桩基-土体的非线性动力分析,对比分析这两种桩基的动力响应规律,确定较优桩型;

(4)基于上述模型及结论,探究桩基动力响应特性和变形规律,研究桩土刚度比、土体泊松比、材料阻尼、桩的长径比等因素,对桩基在动态荷载作用下的响应特性和变形规律进行研究。

(5)桩基础设计及优化:基于工程特征及理论分析,结合数值模拟结果,确定适合该场地及工况条件下的最佳桩型和设计参数,满足设计要求的主要技术指标,并进行设计优化。

2.2课题重难点及拟解决方案

本课题的中可能会遇到的重难点问题及拟解决方案如下表所示:

重难点问题

拟解决方案

边界条件引起的地震波的反射可能会对计算结果造成影响,这种误差与时间情况不符

建模时距离桩较远出设置土体边界,同时对土体网格进行单精度划分,保证计算精度并尽可能缩短计算时间

桩基在动荷载作用下的载荷传递机理和桩基的破坏模式与多种因素相关,现有的模型难以综合考虑所有的因素

建立一个既合理又便于分析且计算精度较高的模型,其中包括最主要的因素,并以定性和定量分析为辅

由于上部结构、桩、土的相互作用,桩基础的载荷传递与变形过程属于复杂的非线性力学系统

选择合理的桩基与土体的本构模型,桩身拟采用弹性材料,土体拟采用Davidenkov动力本构模型,桩基与土体间的摩擦,采用相应的接触算法

3. 研究计划与安排

(1)2020年3月21日之前,整理及查阅动力设备-桩基体系的非线性动力分析相关中英文资料,在导师的指导下,学习ABAQUS数值模拟软件以及桩基动力问题的理论知识,对所要研究的内容和方法有个清晰的思路;

(2)2020年3月28日之前,总结现有的研究方法和成果,完成文献综述撰写工作,建立解析解角度下单桩受动载荷作用力学行为的数学模型;

(3)2020年4月4日之前,利用ABAQUS建立单桩的有限元模型,在桩顶施加动力载荷,探究单桩在动力荷载下的力学行为,并将结果与解析结果对比分析,并选出较优桩型进行下一步群桩的精细化建模。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]MAHESHWARI B K, EMANIPK. Three-dimensional nonlinearseismic analysis of pile groups using FE-CIFECM coupling in a hybrid domain andHISS plasticity model [J].InternationalJournal of Geomechanics,2015,15 ( 3 ):04014055

[2] Sarkar R, Maheshwari B K. Effects of Separationon the Behavior of Soil-Pile Interaction in Liquefiable Soils[J]. InternationalJournal of Geomechanics. 2012, 12(1): 1-13.

[3] Hajialilue-Bonab M, Sojoudi Y, Puppala A J. Study of StrainWedge Parameters for Laterally Loaded Piles[J]. International Journal ofGeomechanics. 2013, 13(2): 143-152 ADDIN NE.Bib

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