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桩基础具有比较大的整体性和刚度,不仅能承受较大的竖向荷载和水平荷载,而且能适应高、重、大的建筑物的要求,桩基础已经成为我国工程建设中广为采用的一种重要基础形式。过去很长一段时期,人们对桩基承受竖向荷载作用的机理与特性研究的相对多些,而对承受水平侧向荷载时桩基的工作特性研究的相对较少。当前随着我国基本工程建设事业的蓬勃发展,以及港口码头、跨海大桥、水闸、海上石油平台的建设,在边坡支护以及海洋桩基工程领域中,桩基的水平承载力作用起到了至关重要的作用,因而对水平承载桩的特性分析与研究是十分必要的。
本文回顾了目前管桩的国内外应用和发展情况,简要介绍了有限元的基本概念和原理,同时对预应力管桩的特点、施工工艺以及常用的数值分析方法进行了概述,分析了复合地基的变形稳定性,并对管桩的水平受力特性进行了研究。概括起来主要做了以下工作:
(1)简单介绍了课题研究的背景、国内外管桩的发展现状,以及有限元的基本理论和非线性有限元的基本原理。
(2)以前人的研究理论为基础,运用有限元法,结合大型通用有限元软件ADINA,对黄河东安护岸控导工程中的混凝土管桩建立了三维有限元模型,为了使所建模型与实际工程情况一致,采用了与实体一样的圆截面管桩模型。
(3)桩、土单元均采用六面体八节点的等参实体单元,个别地方采取了五面体六节点单元,在确定边界条件和计算范围后,对所建模型进行有限元计算网格剖分。
(4)对承受水平荷载的管桩进行了三维有限元数值分析,研究了混凝土管桩在水平荷载作用下的水平向位移和应力,并分析管桩在不同冲刷坑深度情况下的位移和应力的变化情况。