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循环荷载下海洋锚固基础承载变形特性数值模拟研究认领

被引量： 2

作者：

李娜

学位授予单位：

天津城建大学

摘要：

大直径单桩、吸力锚等海洋锚固基础,不仅要承受由上部结构传递下来的工作荷载(静力荷载),在海洋环境中还要承受由波浪等引发的具有低频性、长期性、持续性的循环荷载作用。分析静力荷载和循环荷载耦合作用下海洋锚固基础的变形过程及承载力对锚固基础的设计及稳定性评价非常重要。因此本文基于循环弹塑性本构模型建立了分析大直径单桩基础承载变形特性的有限元分析方法,基于土体刚度弱化模型建立了描述软土中吸力锚基础循环弱化过程的有限元分析方法。利用ABAQUS软件建立桩-土相互作用的三维有限元模型,对已有的大直径单桩离心模型试验开展数值模拟。数值计算时采用循环弹塑性边界面模型描述桩侧土体的循环应力应变响应,通过调用该模型的UMAT子程序,设置适当的桩土接触条件、分析步及计算参数,建立了能够追踪水平循环荷载下干砂中大直径单桩位移时程的有限元分析方法。通过与已有离心模型试验结果的对比发现,建立的有限元方法可以描述干砂中大直径单桩在水平单调及循环荷载下的变形过程,可以反映循环荷载位移曲线的非线性、滞回性及位移累积特性,可以预测随循环荷载次数增加,桩身弯矩、位移等的分布特征及演化规律。分别编制均质软土中和土体强度沿深度线性增加的软土中的USDFLD子程序及定义相关场变量,将已有的软土刚度弱化模型在ABAQUS软件中完成数值实现。通过建立软土中吸力锚基础的三维有限元模型,采用基于Tresca屈服准则的理想弹塑性模型,并结合编制的USDFLD子程序,对软土中吸力锚在静力荷载和循环荷载耦合作用下的模型试验开展数值模拟,分别建立描述均质软土中和土体强度沿深度线性增加的软土中吸力锚循环弱化过程的数值仿真分析方法。数值模拟与模型试验结果对比表明,基于软土刚度弱化模型的有限元分析方法能够在一定程度上预测软土中吸力锚在不同循环荷载水平条件下的累积位移,模拟其循环弱化变形过程,且能够描述其荷载位移响应的非线性、滞回性及循环累积特性,基于适当的位移破坏标准,能够较好的预测锚的循环承载力。另外,该方法实际上仍采用静力本构模型计算土体变形,相较于复杂的动力本构模型,具有较高的计算效率。

摘要译文

关键词：

大直径单桩; 吸力锚; 本构模型; 循环荷载; 软土; 循环弱化; 数值模拟

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

结构工程

导师：

周晓洁

中图分类号：

TU473.1[桩基]

学科分类号：

0813[建筑学];081401[岩土工程]

D O I：

10.27355/d.cnki.gtjsy.2020.000008