有限元与边界元法联合求解弹性地基梁

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在船厂船台、滑道、水闸底板、工业与民用建筑基础等工程结构中,钢筋混凝土弹性地基梁是被广泛采用的基础结构形式,对其的研究也有一百多年的历史。弹性地基梁的分析虽然是经典的课题,但由于新的地基模型、分析方法和计算手段的陆续出现,故该课题至今仍在发展之中。本文围绕这一课题,采用半无限体弹性地基模型,应用有限元与边界元方法,对弹性地基梁进行了系统的研究。用有限元方法对地基梁进行分析,将地基梁理想化为梁单元的集合体;假定每段梁单元的弹性线,由梁单元两结点的位移确定出弹性线的待定参数;地基采用半无限体弹性地基模型,用边界元法进行分析,形成半无限体弹性地基的矩阵方程;根据交界面条件,利用结构力学中的位移法,建立了地基反力与地基梁结点位移的关系;最终形成地基梁与弹性地基的联合矩阵方程,可求解出梁的结点位移,从而根据地基矩阵方程求出地基反力,进而利用地基梁有限单元矩阵方程求出梁各截面的内力。结合算例,与级数法的计算结果和新三义寨引黄工程中流槽底板的模型试验结果进行对比,验证该方法的可行性和正确性。应用该方法分析了边荷载对弹性地基梁受力的影响,并进行边荷载影响的利弊分析,为设计中考虑边荷载的影响提供依据。
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