本文關(guān)鍵詞：基于符號(hào)計(jì)算法的樁結(jié)構(gòu)空間協(xié)同分析方法研究　出處：《吉林大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：樁基礎(chǔ)不僅可以承受由上部結(jié)構(gòu)和樁身自重等引起的軸向荷載，而且還可以承受由波浪荷載、風(fēng)荷載、地震荷載、車輛制動(dòng)力荷載、土壓力、輪船及車輛的撞擊等引起的水平荷載。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水平受荷樁的應(yīng)用日益廣泛，由于水平荷載問(wèn)題導(dǎo)致樁體破壞的事故屢見(jiàn)不鮮，水平受荷樁的研究大部分都是通過(guò)試驗(yàn)完成，但是試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用大，所以研究專家逐步考慮加強(qiáng)樁集成的理論計(jì)算方法的研究，但水平荷載作用下樁基礎(chǔ)理論計(jì)算方法還存在很多尚需解決的問(wèn)題，大量的設(shè)計(jì)規(guī)范倡導(dǎo)應(yīng)用m法進(jìn)行計(jì)算，m法計(jì)算需要大量查表過(guò)程與大量計(jì)算過(guò)程完成，計(jì)算過(guò)程相對(duì)繁瑣，大量的計(jì)算過(guò)程帶來(lái)計(jì)算結(jié)果有相應(yīng)的誤差。本文依據(jù)材料力學(xué)中建立桿件荷載—內(nèi)力—變形關(guān)系的相關(guān)理論，在基礎(chǔ)工程中建立彈性地基梁模型的柱體與樁體的荷載—內(nèi)力—變形的微分關(guān)系式，將微分關(guān)系式集成為高階微分方程組，通過(guò)高階微分方程組進(jìn)行相應(yīng)的求解，本文工作主要取得成果如下： 1、由于柱體與樁基礎(chǔ)建立荷載—內(nèi)力—變形微分關(guān)系表達(dá)式都是常微分方程的形式，本文將柱與樁基礎(chǔ)聯(lián)合分析，考慮柱與樁基礎(chǔ)的空間協(xié)同作用，研究承受水平荷載的柱—樁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移分析。 2、通常規(guī)范推薦使用m法作為求解樁基礎(chǔ)的傳統(tǒng)方法，m法的計(jì)算都是采用冪級(jí)數(shù)展開(kāi)方法進(jìn)行樁構(gòu)件單個(gè)荷載—內(nèi)力—變形的微分關(guān)系式計(jì)算，計(jì)算過(guò)程需要查表完成，本文考慮樁基礎(chǔ)協(xié)同作用，將柱—樁結(jié)構(gòu)或者群樁按受力特點(diǎn)和截面特點(diǎn)劃分計(jì)算單元，，建立單個(gè)計(jì)算單元的荷載—內(nèi)力—法向變形的微分關(guān)系式和荷載—內(nèi)力—軸向變形的微分關(guān)系式，集成所有計(jì)算單元的荷載—內(nèi)力—法向變形的微分關(guān)系式和荷載—內(nèi)力—軸向變形的微分關(guān)系式，形成高階微分方程組的形式，通過(guò)高階微分方程組求解計(jì)算結(jié)果。 3、本文考慮利用符號(hào)計(jì)算法求解高階微分方程組，符號(hào)計(jì)算是研究如何在計(jì)算機(jī)上表示和處理數(shù)學(xué)符號(hào)，設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)學(xué)公式的演算和推導(dǎo)的高效計(jì)算方法，以及通過(guò)計(jì)算機(jī)程序和軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算算法的過(guò)程。符號(hào)計(jì)算方法正適用于本文的計(jì)算操作，符號(hào)計(jì)算法通過(guò)符號(hào)計(jì)算軟件Maple實(shí)現(xiàn)，利用Maple符號(hào)計(jì)算軟件求解承受水平荷載的單柱—樁構(gòu)件和群樁構(gòu)件的內(nèi)力與位移。本文給出符號(hào)計(jì)算方法求解的基本原理，包括柱與樁荷載—內(nèi)力—變形微分方程的形式，樁結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元的劃分原則，單個(gè)計(jì)算單元荷載—內(nèi)力—變形微分方程的建立原則，高階微分方程組集成的原則，柱（樁）頂部與樁底部邊界條件設(shè)置原則，以及計(jì)算單元連接節(jié)點(diǎn)之間的變形協(xié)調(diào)條件和內(nèi)力平衡條件設(shè)置，并且給出單柱—樁與群樁結(jié)構(gòu)的樣本程序，實(shí)際工程技術(shù)人員依據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行樣本程序的修改即可，不用深入學(xué)習(xí)Maple符號(hào)計(jì)算軟件，即可完成計(jì)算過(guò)程，克服了傳統(tǒng)計(jì)算過(guò)程大量的計(jì)算與查表過(guò)程，全部工作都有計(jì)算機(jī)完成，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果精確。 4、本文采取實(shí)證的方法，通過(guò)四個(gè)工程實(shí)例，利用符號(hào)計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)計(jì)算方法、試驗(yàn)方法和有限元分析方法的結(jié)果相比較，通過(guò)比較分析，符號(hào)計(jì)算法進(jìn)行單柱—樁和群樁結(jié)構(gòu)計(jì)算與其它三種方法的吻合度較好，能夠滿足工程的需要，所以符號(hào)計(jì)算方法概念清晰明確，用數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行符號(hào)計(jì)算可得到精確解析解，進(jìn)行單柱—樁和群樁結(jié)構(gòu)計(jì)算是可行的，并且結(jié)果通過(guò)圖形表示，利用圖形清晰的確定每個(gè)截面的內(nèi)力與位移，以及最大內(nèi)力與位移的數(shù)值，無(wú)須大量查表等繁瑣計(jì)算過(guò)程，結(jié)果直觀，易于進(jìn)行后續(xù)強(qiáng)度計(jì)算。 5、本文考慮樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體之間的空間協(xié)同作用，利用符號(hào)計(jì)算方法分析樁錨結(jié)構(gòu)的位移情況，利用本方法進(jìn)行分析與實(shí)際工程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，通過(guò)比較分析結(jié)果驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較小，吻合度較好，證明符號(hào)計(jì)算方法進(jìn)行樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)分析的可行的，并且計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。 通過(guò)比較分析得到符號(hào)計(jì)算法是進(jìn)行承受水平荷載的單柱—樁結(jié)構(gòu)、群樁結(jié)構(gòu)、樁錨結(jié)構(gòu)是適用的，利用符號(hào)計(jì)算軟件的幾個(gè)簡(jiǎn)單的命令流完成整個(gè)計(jì)算過(guò)程，根據(jù)需要計(jì)算得實(shí)際工程受力特點(diǎn)與截面特征對(duì)樣本程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改即可，計(jì)算過(guò)程不用手工操作，免去查表過(guò)程，節(jié)省實(shí)際操作人員的時(shí)間和精力，符號(hào)計(jì)算方法能夠替代傳統(tǒng)m法進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。
[Abstract]:The pile foundation not only can bear the axial load caused by the upper structure and the dead weight of the pile body , but also can bear the horizontal load caused by the impact of wave load , wind load , seismic load , vehicle braking force load , earth pressure , ship and vehicle . 1 . The expression of load - internal force - deformation differential relationship between column and pile foundation is the form of ordinary differential equation . In this paper , the relationship between column and pile foundation is analyzed , and the internal force and displacement analysis of post - pile structure under horizontal load are studied considering the synergistic effect of column and pile foundation . 2 . It is generally recommended to use m - method as a traditional method for solving pile foundation . The m - method is calculated by using power series expansion method to calculate the differential equation of single load - internal force - deformation of pile member . 3 . In this paper , we consider using symbolic computation method to solve the high order differential equations . The symbolic computation is the process of studying how to express and process mathematical symbols on the computer , to design the calculation and derivation of the mathematical formula , and to implement the calculation algorithm by computer program and software system . 4 . In this paper , the method of symbolic computation is compared with the results of traditional calculation method , test method and finite element analysis method . It is feasible to calculate the internal force and displacement of each section and the maximum internal force and displacement by means of comparison and analysis . 5 . Considering the spatial synergy between pile - anchor support structure and soil mass , this paper analyzes the displacement of pile - anchor structure by means of symbolic computation method , compares and analyzes the measured data of pile - anchor structure by means of this method , and verifies the feasibility of the analysis of pile - anchor support structure by comparing the result of analysis and the result of calculation , and proves that the calculation process is relatively simple and the calculation result is accurate . Through comparative analysis , the symbolic computation method is adopted to carry out the single - column - pile structure with horizontal load , pile structure and pile - anchor structure are applicable , and the whole calculation process is completed by using several simple command streams of the symbolic computation software .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU473.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1441605