| 【中文题名】 | 锚杆接触问题的有限元解法及其应用 |
| 【英文题名】 | A Finite Element Approach for the Contact Problem of Anchor Bolts and Its Application |
| 【学科专业】 | 岩土工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2004-2-2 |
| 【中关键词】 | 锚杆,接触问题,有限元,岩土工程,, |
| 【英关键词】 | anchor bolt,contact problem,finite element method,geotechnical engineering, |
| 【分类导航】 | 工业技术>建筑科学>建筑施工>各项工程与工种>基础工程> |
| 【论文摘要】 |
在隧道、边坡、深基坑等各类岩土工程中，锚杆因施工简单且效果良好得到了相当广泛的应用，但其相应的计算及设计理论并不十分成熟。对于用锚杆作为支承或加固方式的结构来说，有限元法应是一种较为理想的数值分析工具。目前，虽然已有不少的锚杆计算模型及相应的计算方法，但这些方法在对锚杆力学行为的模拟及应用等方面，尚存在着一些问题。本论文的主要目的就是试图建立一种比较合理而又简单实用的锚杆计算模型及相应的有限元计算方法，以用于锚杆支护类工程问题的求解。
论文中，通过对目前各种锚杆的有限元计算模型进行比较分析，发现它们存在着如下问题：无法反映锚杆和岩土体间的剪切—滑移作用；有限元网格划分过于复杂；计算参数难以选择和确定等。为此，本论文提出一种新的锚杆计算模型，它将锚杆与周围岩土体间的相互作用作为接触问题考虑，其计算理论比较严谨，能较好地模拟出锚杆的受力状态及锚杆与岩土体间的剪切—滑移作用，即：锚杆—岩土体之间的接触面具有抵抗强度，当接触面上切向应力小于其抵抗强度时，锚杆与岩土体共同变形；达到抵抗强度时则沿切向发生相对滑动。此外，该方法在使用时不会因锚杆单元的添加而使得有限元网格的划分变得过于复杂。论文中，作... |
| 【论文题纲】 |
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第1章 绪论 |
9-18 |
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1.1 岩土工程锚固技术的发展及现状 |
9-11 |
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1.1.1 锚固工程概述 |
9 |
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1.1.2 锚固工程发展概况 |
9-10 |
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1.1.3 锚固工程应用 |
10-11 |
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1.2 岩土工程中常用锚杆的锚固原理 |
11-12 |
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1.3 锚固工程问题数值模拟分析 |
12 |
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1.4 问题的提出及本论文主要研究内容 |
12-18 |
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1.4.1 问题的提出 |
12-16 |
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1.4.2 本论文主要研究内容 |
16-18 |
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笫2章 锚杆单元计算模型 |
18-33 |
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2.1 目前常见的锚杆有限元计算模型 |
18-23 |
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2.1.1 杆件单元 |
18-20 |
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2.1.2 粘结锚杆单元 |
20-21 |
|
2.1.3 三维锚杆单元计算模型 |
21-23 |
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2.2 一种多结点锚杆单元的计算模型 |
23-33 |
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2.2.1 多结点锚杆模型概述 |
23-24 |
|
2.2.2 形函数的确定 |
24-26 |
|
2.2.3 单元分析 |
26-27 |
|
2.2.4 锚杆单元坐标变换矩阵 |
27-31 |
|
2.2.5 等效结点力计算 |
31-32 |
|
2.2.6 位移、应力求解 |
32-33 |
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第3章 锚杆单元的数值模拟计算 |
33-42 |
|
3.1 锚杆本构模型 |
33-35 |
|
3.1.1 锚杆轴向本构模型 |
33 |
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3.1.2 锚杆切向剪切本构模型 |
33-34 |
|
3.1.3 锚杆横向剪切本构模型 |
34-35 |
|
3.2 锚杆界面变形特征及其屈服条件 |
35-36 |
|
3.2.1 锚杆界面变形特征 |
35 |
|
3.2.2 锚杆界面及岩土体的屈服准则 |
35-36 |
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3.3 锚杆与岩土体粘结滑移非线性分析 |
36-42 |
|
3.3.1 接触问题求解的研究简况 |
36-37 |
|
3.3.2 接触边界上的变形与受力条件 |
37-38 |
|
3.3.3 增量迭代法计算原理 |
38 |
|
3.3.4 接触面上锚杆残余力的计算 |
38-41 |
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3.3.5 变自由度法处理滑动位移 |
41-42 |
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第4章 计算程序的编制 |
42-54 |
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4.1 程序简介 |
42 |
|
4.2 主程序流程框图 |
42-45 |
|
4.3 变自由度法总刚的形成 |
45-46 |
|
4.4 有限元程序中其它问题的说明 |
46-54 |
|
4.4.1 开挖、填方的处理 |
46-47 |
|
4.4.2 方程组的求解 |
47-49 |
|
4.4.3 弹塑性矩阵的计算 |
49-50 |
|
4.4.4 非线性分析中残余力的计算 |
50-54 |
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第5章 算例 |
54-67 |
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5.1 概述 |
54 |
|
5.2 岩锚拉拔试验的计算分析 |
54-60 |
|
5.2.1 计算模型及网格图 |
54-55 |
|
5.2.2 计算分析 |
55-60 |
|
5.3 边坡锚固工程实例分析 |
60-67 |
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5.3.1 工程概况 |
60 |
|
5.3.2 计算模型 |
60-61 |
|
5.3.3 计算结果及分析 |
61-67 |
|
结论 |
67-70 |
|
参考文献 |
70-73 |
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攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
73 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.125647 |
