本科生毕业设计论文

本科生毕业设计论文论文题目：水平循环荷载下FRP管桩桩土共同作用研究学生姓名：何亮学号：05108130起止日期：2011-2-21至2012-5-31设计地点：上海联创建筑设计有限公司南京分公司指导教师：戴国亮顾问教师：时仓艳2012年5月20日目 录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要： 1关键词： 1Abstract: 2keywords： 21绪论 31.1FRP材料简介 31.2FRP管桩简介 41.3水平循环荷载FRP管桩国内外研究现状 41.4本文研究意义和目的 81.4本文主要工作 82水平循环荷载下FRP管桩的桩土作用分析 92.1FRP水平承载桩的工作性状及破坏机理 92.2桩土共同作用的P-Y曲线 92.3水平循环荷载的作用 102.4水平承载桩的有关分析理论和计算 112.4.1极限地基反力法 112.4.2弹性地基反力法 112.4.3复合地基反力法 142.5水平循环荷载下桩的分析方法 152.5.1砂土中的P-Y曲线法（弹塑性分析法） 152.5.2软粘土中的P-Y曲线法 162.5.3硬粘土中的P-Y曲线法 183水平循环荷载作用下FRP单桩动力特性的数值模拟 193.1数值分析方法的研究现状 193.1.1有限单元法概述 193.1.2有限单元法原理 203.2桩土相互作用 233.2.1土体的本构模型 243.2.2混凝土本构模型 253.2.3钢筋的本构模型 263.2.4FRP材料本构关系 273.2.5桩土接触面本构关系 273.2.6FRP与混凝土接触面本构关系 313.3ABAQUS软件数值模拟过程 343.3.1有限元软件ABAQUS简介 343.3.1.1ABAQUS的产品组成 343.3.1.2ABAQUS的分析过程 353.3.2前处理—应用ABAQUS/CAE创建模型 363.3.2.1创建部件实体 363.3.2.2定义材料属性和赋予截面特性 373.3.2.3定义分析步 383.3.2.4桩土接触面的定义 393.3.2.5定义荷载及边界条件 403.3.2.6单元网格的划分 413.3.2.7运行及后处理 423.3.3软件试验结果分析 423.3.3.1加载频率对桩—土相互作用的影响 423.3.3.2水平循环次数对桩—土相互作用的影响 443.3.4循环荷载下的水平地基反力系数的计算 464水平循环荷载下FRP桩与饱和砂土相互作用的解析解 484.1前提条件 484.2桩及桩周土体应力应变的解析 494.2.1弹性区土体应力应变解析 494.2.2塑性软化区土体应力应变解析 514.2.3塑性流动区土体应力应变解析 534.2.4桩体FRP套管应力解析 534.2.5桩体混凝土应力应变解析 544.3有关参数的确定 554.3.1塑性流动区半径R1的确定 554.3.2塑性软化区半径R2的确定 564.4结语 565结论与展望 575.1全文总结 575.2存在的问题及下一步研究工作的建议 58参考文献 60致谢 64东南大学本科生毕业设计论文第页平循环荷载下FRP管桩桩土共同作用研究何亮（东南大学土木工程学院，江苏省南京市211189）指导教师：戴国亮（副教授、博士生导师）摘要：随着开敞式码头、跨海大桥、海洋石油平台的建设，传统混凝土材料桩基的耐久性问题日显突出。FRP管桩能克服传统材料的诸多缺点，具有轻质高强、耐腐蚀的优点，适合于港口、码头等环境恶劣的地方。港口及海洋桩基承受地震、波浪、强风和船舶作用，桩基的水平承载非常关键。由于水平循环荷载作用下桩的工作状态的复杂以及试验条件的限制，目前国内外对水平循环荷载下FRP管桩的工作机理的研究还很有限。前两章首先简要介绍了FRP复合材料以及由FRP复合材料与混凝土材料组合而成的FRP管桩结构。其次回顾和总结了目前水平承载桩的各种计算方法和计算理论。第三章在已有的文献基础上，考虑到土体性状的复杂性和桩-土相互作用对桩体应力和变形的影响，合理的选择了土体的本构模型和接触面单元来描述两者之间的界面力学行为；通过引入桩土相互作用和采用合理的接触面类型，建立桩土相互作用的有限元计算模型，分析FRP单桩在不同的水平循环荷载作用下弯矩、剪力、土压力以及桩身位移分布规律，以便给以后的工程建设提出一些建议。第四章对于FRP管桩在水平循环荷载下，桩与饱和砂土之间相互作用进行了弹塑性分析。对饱和砂土分析时，利用弹塑性力学理论、Mohr-Coulomb强度理论及非相关流动法则，来分析饱和砂土的受力与位移。充分考虑了水平循环荷载下桩和砂土弹性、塑性分界面的应力应变连续，得到了各个区域的弹塑性解析解。最后，根据平均体应变公式并运用迭代法对饱和砂土的塑性变形区范围进行了求解。关键词：FRP管桩、水平循环荷载、桩土共同作用、ABAQUS数值模拟、弹塑性解析解TheResearchontheInteractionbetweentheFRPPipePile当y>16y50时，当y<16y50时，Pp图2.7硬粘土地基p—y曲线第三章水平循环荷载作用下FRP单桩动力特性的数值模拟3.1数值分析方法的研究现状对于竖向荷载下的基桩，现有理论计算方法已能较好的反应其受力特点，其计算结果与工程实际也吻合较好。而对于水平荷载下单桩的受力分析，虽有诸多理论，但大多数方法都做了理想化假设。实际情况中，地质条件较为复杂，过多的假定和理想化模型使得计算结果与实际情况有较大的差别[34]。近几年来，随着计算机运算能力的飞速发展，数值计算方法逐渐被用于桩基的受力和位移分析，与传统的计算方法相比，有许多优点。由于桩基所处的边界条件和地质环境一般比较复杂，加之桩周土体的不连续、不均匀性、各向异性等特性及桩土之间可能产生滑移或脱离等现象，要精确地模拟这些现象，用严格的数学方法是很难达到的，而数值分析方法可以较方便的处理这些问题。对于桩基特性的研究，目前较为成熟的数值分析方法有边界元法、有限元法、有限层法等。由于ABAQUS软件比较适合工程结构问题分析。而且在岩土工程数值计算中有着不可比拟的优势，在国外许多的岩土工程中都有广泛应用，本文应用ABAQUS软件对不同水平循环荷载下FRP管桩的极限承载力及位移进行了分析，并进行了相互比较。3.1.1有限单元法概述[35]数值计算已在工程领域内得到广泛的应用。在岩土工程中，随着本构模型研究的发展，数值计算不但得到了大量应用，而且积累了很多的经验。数值计算越来越成为解决复杂岩土工程问题的主要手段之一。从应用数学的角度考虑，有限元思想的基本思想可以追溯到Courant在1943年的工作。他首先尝试应用在一系列三角形区域上定义的分片连续函数和最小位能原理相结合，来求解St．Venant扭转问题。此后，不少应用数学家、物理学家和工程师分别从不同的角度对有限元法的离散理论、方法及应用进行了研究。有限元法的实际应用随着电子计算机的出现而开始的。首先是Turner.Clough等人于1956年将刚架分析中的位移法推广到弹性力学平面问题，并用于飞机结构分析。他们首次给出了用三角形单元求解平面应力问题的正确解答。三角形单元的特性矩阵和结构的求解方程是由弹性理论的方程通过直接刚度法确定的，他们的研究工作开创了利用电子计算机求解复杂弹性力学问题的新阶段。1960年Clough进一步求解了平面弹性问题，并第一次提出了“有限单元法"的名称，使人们更清楚地认识到有限单元法的特性和功效。有限单元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，将连续体看做是只在节点处相连的一组单元的集合体。同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每个单元中