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关键词： 群桩基础   有限元   强度折减法   极限载荷  

摘要： 受到静载荷试验条件限制,群桩基础的极限载荷是通过单桩载荷试验极限值修正来确定群桩基础的极限载荷,所判定的极限载荷值往往缺少客观性。文中建立了多变量群桩基础承载力泛函数,首先基于加载过程中桩土系统的岩土材料强度参数与载荷施加参数具有相互匹配的同时性关系,引入强度折减系数,提出了基础安全储备系数,用以表示所施加外载荷与真实极限荷载的比值。其次,极限条件下群桩的桩端材料发生塑性变形,桩土系统从一种稳定状态快速进入另一种稳定状态的突变关系,在荷载位移关系上具体表现为拐点后出现一铅直线段,据此建立了群桩基础有限元强度折减法极限载荷判定条件。最后使用ANSYS软件进行了螺旋群桩基础的三维有限元强度折减法的工程应用分析,当外载荷207 800 N时的安全储备系数为1.16,极限荷载计算值为241 048 N小于静载荷试验判定极限荷载值249 400 N,误差3.35%,验证了群桩基础强度折减系数法的可行性。

关键词： ANSYS   风机基础   线弹性分析   位移分析   应力分析  

摘要： 采用大型通用有限元分析软件ANSYS,对李子箐风电场风机基础进行三维有限元计算,探讨了在正常运行工况下,风机基础及地基的应力和变形规律,了解基础和地基在设计条件下的工作形态,为施工组织设计提供参考依据。

关键词： 主变基础   桩筏   厚承台   拉压杆理论  

摘要： 受到主变油池深度和基础埋深的限制,桩筏基础承台厚度一般较大,且一般都凭经验双向配筋。这里对已设计桩筏基础进行了有限元分析,并根据已有厚承台的拉压杆理论,对主变桩筏基础的设计提出了改进建议。实践证明这一改进可在保证安全并降低承台造价。

关键词： 高层建筑   整体设计   模拟计算   有限元分析  

摘要： 上部结构与基础、地基的共同作用问题是一门新兴的学科。在以往的常规设计中,将上部结构与地基基础看成是相互独立的结构进行计算,不考虑上部结构、基础和地基之间的共同作用,这与实际结构的受力与变形存在较大差异,使设计出的结构不安全或不经济。\n 桩筏基础是高层建筑基础的一种重要形式,它同时具有桩基础和筏板基础的优点,目前对于高层建筑桩筏基础共同作用的研究已取得了一些成果,但由于高层建筑桩筏基础是一个十分复杂的系统,其共同作用的研究涉及众多因素,对其工作机理的认识还不够清楚,目前有关设计规范也尚未对其作出完整的建议和规定。因此,有必要进一步地深入研究。\n 本文以某高层建筑共同作用的研究为算例,采用ANSYS有限元分析软件建立三维分析模型,把上部结构-桩筏基础-地基作为一个整体进行共同作用分析。本文的主要研究内容有:\n (1)研究桩筏基础的沉降、筏板的内力以及桩顶反力的分布随上部结构层数、筏板厚度、桩长的变化情况,总结其变化规律;\n (2)比较分析了上部结构的内力在常规设计方法和共同作用分析方法下的差别;\n (3)对水平荷载下上部结构-桩筏基础-地基的共同作用进行了分析,主要研究常规方法和共同作用方法相比对上部结构的水平位移以及框架内力的影响。\n 通过以上研究工作,探讨共同作用机理,有助于使桩筏基础和上部结构的计算更符合实际情况,得出一些可供实际工程设计参考和借鉴的有益结论。

关键词： 斜壁桶形基础   极限承载力   破坏模式   三维弹塑性   有限元分析  

摘要： 吸力式斜壁桶形基础作为一种新型的海上构筑物基础型式，是吸力式直壁桶形基础的改进型式。其结构类似底端开口顶端封闭的倒置圆桶，但其下端直径相对于上端直径略大，利用负压进行下沉安装。相比于吸力式直壁桶形基础，斜壁桶形基础能够更好地发挥桶土联合作用提供较大的承载力，从而有效地节约工程造价。因此，近年来国内外开始逐渐重视对吸力式斜壁桶形基础的理论研究与工程应用。目前国内外学者通过模型试验、数值计算及理论分析等技术手段对吸力式直壁桶形基础的承载特性和破坏机制进行了大量的研究工作，而对于吸力式斜壁桶形基础的承载特性和失稳模式开展的研究工作相对较少。鉴于海上构筑物基础的三维复合受力特点，有必要针对单调荷载作用及复合加载模式下吸力式斜壁桶形基础结构的地基破坏机制和承载力特性，开展系统深入的理论分析和数值计算等方面的研究，这将为斜壁桶形基础在我国海洋工程中的推广应用提供理论依据和技术储备。因此，本论文着重围绕单调及复合加载模式下饱和均质软土地基上吸力式斜壁桶形基础结构的地基失稳破坏机理和承载力特性进行了比较深入的研究，论文的主要研究工作包括以下方面：\n 1．基于大型有限元软件ABAQUS，充分考虑桶土之间的相互接触作用，建立了饱和均质软黏土地基上斜壁桶形基础的三维弹塑性有限元数值分析模型。在此基础上，进行了大量的对比计算与分析。细致地探讨了斜壁桶形基础极限承载力与桶壁斜率和桶体长径比之间的依赖关系；详细地讨论了吸力式斜壁桶形基础各单项极限承载力对土体参数及荷载作用高度的敏感性；同时基于极限平衡理论，针对吸力式斜壁桶形基础推导并验证了竖向极限承载力和水平极限承载力的理论计算公式。\n 2．针对竖向荷载、水平荷载和力矩荷载不同组合的复合加载模式下的斜壁桶形基础的承载力特性，采用Swipe位移加载方法和固定位移比法进行了有限元数值计算，搜寻了Ⅴ-H、Ⅴ-M及H-M荷载平面上的破坏包络线，讨论了桶壁斜率对各荷载空间包络线的影响。

关键词： 桩基础   沉降监测   沉降预测   ANSYS软件  

摘要： 沉降量是建筑物施工期间及竣工后地基变形的一个重要指标。桩基础应用广泛,早在远古时期就作为一种基础形式出现了,在不良地基下桩基础能保证建筑物在允许的沉降量内安全使用。桩基础的沉降问题一直是众多学者和专家关注的问题,桩基的稳定性是设计和安全施工的重中之重。所以,桩基础沉降的研究有重要的理论意义和应用价值。 本文以沈阳市明成嘉园建筑物桩基础为研究对象,通过现场监测、沉降预测和数值模拟的技术手段,参考监测资料,用多种预测方法对明成嘉园桩基础沉降值进行预测,通过和实测数据分析对比,得出一种更适合该工程的预测方法。基于桩周土体为非线性弹性材料的前提,建立了桩土相互作用系统的数学模型,介绍了模型的基本假设条件、边界条件、桩与桩周土的连接条件,采用符合实际的土体模型,以大型有限元软件ANSYS为研究工具,分析研究不同竖向荷载下单桩、群桩的沉降规律,并将实测数据和模拟结果进行分析比较,得出了一些结论。以沈阳市明成嘉园的工程地质情况为背景,得出不同参数情况下桩基础的沉降特性,并对其变化规律作以总结。

ISBN: (纸本)9787121130045

关键词： 风力发电机组   基础地基   三维有限元   数值模拟   受力分析  

摘要： 风能属于无污染可再生能源，风能的开发与利用正在成为新世纪全球能源增长新的热点，成为一个朝阳产业蓬勃发展起来。近些年来，我国的风力发电事业有了较大的发展，但因为缺乏足够的工程实践可供借鉴，同时也没有成熟的规范可供参考，我国风力发电机组基础的设计尚处于较低的水平，一系列相关技术问题有待于进一步完善。本文从风机基础所承受荷载的特点和本身结构的特殊性出发，通过有限元数值模拟的方法，主要研究了如下几个问题：　　 (1)运用有限元法对风机基础地基结构系统进行了数值模拟，模型中考虑接触非线性，不考虑配筋率，对风力发电机组基础结构进行整体三维非线性有限元分析，以便深入研究整体结构的受力特性和一般规律，为下面的研究奠定基础;(2)针对软基上的风机基础结构，考虑钢筋混凝土风力发电机组基础底部的接触（考虑基础与地基脱开情况），研究多工况下不同弹性模量的地基力学特性对基础钢筋混凝土结构受力的影响规律，并就此进行敏感性分析;(3)考虑接触非线性，同时考虑配筋率，对风力发电机组基础结构进行整体三维非线性有限元分析，重点研究风力发电机组基础的配筋方案对结构受力的影响程度及应力和位移分布规律，以便对原设计方案的合理性和科学性进行评价;(4)针对综合考虑接触非线性和材料非线性及混凝土钢筋配筋方案的风机基础进行整体三维有限元分析，重点研究风力发电机组基础结构的钢筋应力特征、混凝土结构的裂缝开展和分布情况，包括裂缝的深度、宽度和开裂范围。给出风力发电机组基础结构的安全评价建议和结构钢筋配筋方案建议;针对风机基础的受力特点，提出了新型式的配筋，并将其和传统型式配筋进行了对比与分析。

关键词： 刚性桩复合地基   筏板基础   共同作用   整体有限元分析  

摘要： 刚性桩复合地基是一种新型的地基处理方法,其主要特征为通过褥垫层的调整,使桩间土能够更好地发挥作用,从而达到桩土共同作用的目的,能大幅度地提高地基承载力,且复合地基的沉降量相对较小,近年来已应用于超高层及高层建筑结构中。研究表明,刚性桩复合地基-筏板基础体系能很好地适用于软土及岩溶地质区域,可以大幅度发挥出土体的作用,减少了刚性桩的数量,降低工程造价,经济效益非常明显,而且由于厚筏板基础具有较大的刚度,因此能更好地协调不同部位的沉降变形差,保证了上部结构和基础的安全。 本文在总结有关刚性桩复合地基和筏板基础的大量文献资料及施工现场压板试验的基础上,基于共同作用理论和分析方法,采用地基-筏板-上部结构整体有限元分析方法对刚性桩复合地基-筏板基础的场地环境影响因素和有限元分析参数进行了研究,具体包括以下几方面的内容: 1)提出了刚性桩复合地基-筏板基础-上部结构整体有限元分析方法,自主开发了上部结构和地下部分的转换和导入程序,实现了复杂工程的快速建模。 2)以文献资料的模型试验为对象,采用本文提出的有限元建模方法对其进行数值模拟分析,通过对比数值模拟结果和试验结果,验证了本文提出的有限元建模方法的正确性。 3)研究了各种场地环境因素对筏板基础的影响。这些影响因素包括周围土体约束作用、相邻建筑物作用、局部桩体施工质量影响和褥垫层施工质量影响等,根据有限元分析结果,从筏板基础的应力场和位移场两方面进行深入具体的探讨,得到了这些因素对筏板基础的影响程度和规律,给出了一些对实际工程有意义的具体建议。 4)研究了有限元分析参数对筏板基础的影响。这些影响因素包括上部结构楼层数的选取和地基土三维实体单元剖分尺寸的选取等,根据有限元分析结果,从筏板基础的应力场和位移场进行深入具体的探讨,得到了对不同结构体系如框架结构、剪力墙结构和框筒结构的楼层数及地基土三维实体单元剖分尺寸对筏板基础的影响规律,给出了这些分析参数的最优参考取值。

关键词： 碳纳米管   原子级有限元方法   多尺度计算   数值模拟  

摘要： 近年来,随着纳米材料和纳米器件的广泛应用,对微纳结构微观力学的准确模拟成为纳米技术面临的重要任务之一。本文正是基于这样的现状,以碳纳米管为例,研究纳米尺度上的结构建模和数值模拟方法。主要包括以下几方面的内容: (1)介绍了目前国内外使用比较广泛的数值模拟方法。通过对这些数值模拟方法的介绍,分析其不足之处,提出本文中将要研究的原子级有限元法。 (2)对原子级有限元方法的理论进行了研究和创新。考虑原子间的多体作用势,引入一维原子链,得出原子尺度下的单元刚度矩阵,并组装为整体刚度矩阵。对于单元刚度矩阵中涉及的一些变量,需要根据多尺度计算理论,引入具备连续有限单元和传统有限单元性质的过渡区间,实现了从原子级有限元到传统连续有限元的平滑过渡。 (3)针对原子级有限元方法中的关键问题—多尺度计算,研究了碳纳米管系统的多尺度计算方法。该方法将尺度分解为粗尺度和细尺度两部分。其中,粗尺度由无网格的近似值表示,细尺度从分子动力学方法中求得。该方法中,粗尺度表示法存在于问题的整个领域,它与存在于加强领域的细尺度表示法共存。同时在粗尺度处理中引入了虚拟原子团模型。该方法结合了无网格近似技术,能够精确地捕捉变形从而得到纳米尺度系统的能量。 (4)利用有限元软件ABAQUS对碳纳米管力学行为进行数值模拟,并将有限元模拟的结果同分子动力学方法得到的结果进行对比,验证了有限元方法在模拟纳米尺度力学问题的可靠性,表明有限元方法是模拟纳米尺度问题强有力的工具。