Midas建桩基模型
MIDAS桥梁计算中桩基模拟方法的探讨
MIDAS桥梁计算中桩基模拟方法的探讨
-土动力相互作用是较为复杂的问题之一。
各国学者和桥梁设计人员针对桩土作用提出了不同的计算及模拟方法（K法、C值法等），现阶段广为设计人员接受和采用的计算方法为m法；基本原理是将桩作为弹性地基梁进行考虑计算。
本文针对midas计算中桩基础模拟的不同考虑方式进行论述，分析得出不同模拟方式对上部结构计算带来的影响，以对今后桥梁计算有所帮助。
关键词：桩土作用；m法；桩基础模拟
桥梁结构空间建模计算中，桩基结构的模拟方式会很大程度的影响承台底的约束刚度。
承台底约束刚度数值的变化将导致桥梁上部结构同种工况下内力和位移数值有差异。
尤其在现阶段对地震工况下对桥梁的设计，墩顶地震水平力数值对其更为敏感。
本文通过对3x30等截面现浇箱梁地震工况下的midas抗震分析；一种方法通过桩土弹簧对桩体进行模拟，另一种通过桥易软件算出桩顶刚度施加到midas模型中墩底约束。
通过两种方法计算墩顶水平力结果的对比研究，给出在桥梁设计中结构计算的建议。
1 midas模型模拟土弹簧结构计算
工程概况：3x30m等截面现浇箱梁，桥宽13.0m，墩柱采用花瓶墩，支座采用铅芯隔震橡胶支座，中墩桩基础为4颗1.5m直径混凝土灌注桩。
桥梁结构midas模型如图1。
桥梁全桥模型采用梁单元进行建模，主梁与墩柱的连接采用模型中。
围堰桩土模拟midas建模实例
围堰桩土模拟midas建模实例前言Midas是一款应用广泛的土木工程建模和分析软件，它的强大功能吸引了越来越多的专业人员使用。
本文将介绍如何使用Midas建模围堰桩土的模拟，并给出一些相关的实例说明，希望能对Midas初学者有所帮助。
Midas简介Midas是一款功能强大的土木工程建模和分析软件，可用于建立复杂的非线性有限元模型。
它支持静力和动力分析，包括土动力学、地震响应、高速列车、桥梁、港口等应用。
Midas拥有良好的用户界面和友好的操作方式，使得使用起来非常方便。
建模步骤本文将以围堰桩土为例，介绍如何使用Midas进行建模模拟。
1.建立模型在Midas中新建一个工程，选择3D空间模型，建立围堰桩土模型。
2.设定材料属性在Midas中，可以自定义模型材料的力学性质，例如弹性模量、泊松比、岩土摩擦角等等。
为围堰桩土模型设定相应的材料属性，以便进行后续的模拟分析。
3.设定荷载在进行实际的分析模拟之前，需要设定荷载。
针对围堰桩土模型，通常需要考虑水压、土压、重载等因素，这些荷载的大小和分布对于模拟分析结果至关重要。
4.设定边界条件对于模型的边界条件也需要进行设定，例如固结位移、阻力边界等。
边界条件的设定将直接影响到分析结果的准确性和可靠性。
5.进行分析模拟在Midas中，可以进行多种形式的分析模拟，例如线性分析、非线性分析等。
利用已有的模型参数，进行分析模拟并得出分析结果。
实例说明下面我们将通过两个实例来说明使用Midas进行围堰桩土模拟的方法。
实例1：围堰土桩分析模拟在本例中，我们需要分析围堰土桩破坏的过程。
首先，我们需要按照上述步骤建立模型，并设置荷载、材料属性和边界条件。
然后进行非线性数值模拟，得出结论：围堰土桩稳定性较差，容易在较小的荷载作用下失稳。
实例2：围堰防渗性能分析模拟这个实例中，我们需要分析围堰的防渗性能。
首先，我们需要按照上述步骤建立模型，并设置荷载、材料属性和边界条件。
然后进行水力数值模拟，得出结论：围堰的防渗性能比较好，可以有效防止水的渗透。
midas进行桩土模拟
一般来说承台位置桩基的模拟有以下几种方法。
1.不模拟桩时：A．将承台上桩位置视为固定（一般用于扩大基础、沉井基础、锚定等）方法：一般支撑全部固结B．将承台上桩位置视为弹性支承（最普遍的做法）方法：墩底作用六个方向的弹簧等代群桩的作用，这六个弹簧刚度是竖向刚度、顺桥向刚度、横桥向刚度的抗推刚度、绕竖轴的抗扭刚度和绕两个水平轴的抗弯刚度，它们的计算方法与静力法相同，只是考虑到瞬间荷载作用下的抗力比持续荷载作用的大，一般取2.模拟桩时A．端承桩，不考虑桩土共同作用，将桩下端固结。
方法：在桩底全部固结b.端承桩，考虑土对桩的侧向约束，将桩下端固结，桩身隔一段间距布置侧向约束仅受压弹性支承。
c.摩擦桩，考虑土对桩的侧向和竖向约束，桩身隔一段间距布置两个方向的仅受压弹性支承。
方法：用三维梁单元模拟实际的桩基础，用土弹簧单元模拟桩周围土抗力的影响，地震波从桩端或者土弹簧输入。
土弹簧模拟：选择模型>边界条件>面弹性支撑，支撑类型选择节点弹性支撑，单元类型选择梁单元，然后在下面输入三个方向土的基床系数即可，或者三个方向取同样的刚度也可以，基床系数在地质勘探报告或土力学书上查。
单独模拟桩基是可行的，有相关书籍介绍，可把桩基上部视为铰接、抗固、弹性支承等几种方式。
问题：1.要求加上桩土共同作用。
在midas中，用梁单元建桩，然后用弹性支撑模拟桩土共同作用（水平方向），用的是m法。
竖向就在桩端固结了（是嵌岩桩）。
承台用板单元建，将群桩桩顶与承台共同作用（共同节点）。
再往上就是桥墩，用梁单元。
“对桩土联合更加重要的应该是桩底竖向摩阻”。
桩底向摩阻是如何考虑的？是用单元吗？做水平方向的时候用m法，由m值可以方便的得到弹簧的劲度系数。
而竖向用什么参数来模拟弹簧的劲度系数？2．用空间杆系核平面杆系的结果相差应该还是比较大的吧。
3．群桩，我想用如下方法来做：把群桩的等效面积和等效刚度算出（其中等效刚度和面积确定时采用等效宽度b1）不知道行不行。
基于MIDAS的双排桩基坑数值模拟研究
基于MIDAS的双排桩基坑数值模拟研究发布时间：2021-07-20T05:26:40.761Z 来源：《防护工程》2021年8期作者：李成龙[导读] 为验证双排桩支护体系下基坑的安全性，本文利用MIDAS软件对双排桩支护下的基坑进行数值模拟研究，通过基坑岩土体的受力和位移，连梁、冠梁和双排桩的弯矩和位移，对基坑稳定性进行评价，此研究方法可为工程设计提供参考。
李成龙成都华丰工程勘察设计有限公司四川成都 610000摘要：为验证双排桩支护体系下基坑的安全性，本文利用MIDAS软件对双排桩支护下的基坑进行数值模拟研究，通过基坑岩土体的受力和位移，连梁、冠梁和双排桩的弯矩和位移，对基坑稳定性进行评价，此研究方法可为工程设计提供参考。
关键词：基坑；双排桩；数值模拟；弯矩和位移1前言：随着国家经济的不断发展，城市交通量越来越大，为有效缓解城市交通量，基坑工程受到足够重视，杨本健[1]等利用MIDAS软件，在基坑工程中，对6种不同直径钢管桩支护体系进行了研究，选择出最优桩径；严钟来[2]等利用FLAC3D软件，对合肥市某地铁车站深基坑进行了模拟，研究了不同工况下坑底隆起变形量；施沈杰[3]等利用MIDAS软件，研究降水情况和地连墙入土系数对圆形深基坑抗隆起稳定性的影响；Schanz[4]等针对基坑模型，提出了HS硬化土模型；周斌[5]等利用MIDAS软件，对不同施工阶段基坑动态信息进行了反馈，并通过实测数据证明了MIDAS模拟基坑的可行性。
然而以上的数值模拟中，研究的土层均是水平分布，也没有考虑双排桩支护的情况，但实际的基坑岩土体绝大多数并非水平分布，且双排桩支护的情况较多，因此本文结合成都某双排桩基坑支护工程，利用MIDAS开展数值模拟研究，通过基坑的位移和受力等对双排桩的支护效果进行评估，为类似基坑工程做参考。
2工程实例概况2.1 概况成都市某基坑工程开挖长度×宽度为50m×30m，开挖深度为8m，共分4次开挖，每次开挖2m。
用MIDAS模拟桩土相互作用
用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）迈达斯技术2009年05月1、引言土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。
桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。
至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。
从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。
60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国外得到了广泛的应用。
集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。
以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。
并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。
土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规中土弹簧的计算方法。
我国公路桥涵地基与基础设计规(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。
但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。
特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。
用MIDAS模拟桩土相互作用
1 用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）北京迈达斯技术有限公司2009年05月1、引言土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。
桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。
至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。
从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。
60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。
集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。
以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。
并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。
2 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。
我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien 的方法要简单和方便，且为国内广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。
但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。
特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。
Midas建桩基模型
名称：单桩桩身内力及轴向承载力计算基本资料：（交通出版社《混凝土简支梁（板）桥》）D=1.2m,E=2.6e7KPa 。
L=22.8m，m=5000Kn/m4,20号混凝土桩顶内力N0=1483.68KN,H0=47.01KN,M0=300.04KNm步骤：1，理论计算：计算宽度b=1.98。
按高度1m射一个横向弹簧。
H=1m弹簧系数计算：对任意一层土：地基系数C=m*h 这里h为当前土到地表的距离。
C上和C下为当前土层上下表面地基系数弹簧系数=b*(C上+C下)/2*hi，hi为当前土层厚度。
模型按每0.5m一个单元，弹簧则每1m一个。
计算后的弹簧系数：(弹簧系数计算表在后面)2、桩身内力：22.8m，每0.5m一个单元，总共46个单元，47个节点。
先在excel中计算坐标。
结构类型：x-z平面材料：20号混凝土截面：D=1.2圆形截面。
首先建立材料和截面由于是普通混凝土结构，所以要折减0.67建立模型：46个单元，注意旋转90度这个建立单元的方法实际上比较麻烦,这里只是演示下方法然后全选—》查询-》节点详细表格把excel中计算的节点坐标copy进去底部节点z方向位移约束选择所有偶数号的节点。
加节点弹性支撑全选—》查询-》节点详细表格节点弹性支撑，然后把excel里的弹簧系数copy进去，注意单位要正确加荷载加自重注意应放在不同的工况中计算！桩身弯矩图：最大弯矩发生在z=3m左右，my=357。
书中查表计算z=2.26 my=359.75 弹簧系数计算表:3、轴向承载力计算：理论计算：关键是摩阻力的模拟U:周长3.93mT：桩侧摩阻力=40kPahi:土层厚度=1mPr:桩尖土极限承载力=312kN假设极限位移0.006m桩尖土弹簧系数：k=Pr/0.006=52000每米土层桩侧摩阻力：P=U/2*1*40=78.6桩侧土弹簧系数：k=P/0.006=13100但是现在要用塑性杆模拟，杆件截面A=0.1m2 L=0.1所以弹性模量E=k=13100 塑性屈服应力=P/A=786kN/m2截面则用数值定义为A=0.1即可材料：4 开始建立模型：选择所有偶数号的节点: 节点复制选取新建节点，单元扩展：然后约束所有杆件的j节点选取新建节点桩尖弹簧设定：选取桩尖节点,先删除此处的z方向约束.然后加节点弹簧最后不要忘了把弹簧单元和相应的桩单元刚性连接这是节点编号的规律在excel中：把选中的数据copy到notepad，然后打开mct命令窗口，输入：*rigidlink 然后copy 按运行5、设定非线性分析选项zz为自重工况，默认只有一个工况，这个目的是建立初始迭代状态，不是必须的。
拉森钢板桩做围堰并用midas建模分析全过程
拉森钢板桩做围堰并用m i d a s建模分析全过程(总1页)
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如何在midas中建立拉森钢板桩的材料和截面
1、在CAD中以mm为单位，画拉森钢板桩截面图，并移动截面图把其形心位置移动到坐标原点，保存为dxf文件。
2、在midas中，工具→截面特性计算器。
3、在截面特性计算器中，File→Import→AUTOCAD?DXF，找到刚才保存的dxf 文件，导入截面图形文件。
4、在截面特性计算器中，Model→Section→Generatt，选中整个图形，生成截面。
5、在截面特性计算器中，P roperty→Calculate，选中整个图形，计算截面特性。
6、在截面特性计算器中，Property→Export，导出截面特性，存为mct文件。
7、在midas 中，文件→导入→Midas?mct文件，选中刚才保存的mct 文件，导入。
打开截面特性框，里面已经有这个截面了！材料就选Q345钢材
2。
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名称：单桩桩身内力及轴向承载力计算
基本资料：（交通出版社《混凝土简支梁（板）桥》）D=1.2m,E=2.6e7KPa 。
L=22.8m，m=5000Kn/m4,20号混凝土桩顶内力N0=1483.68KN,H0=47.01KN,M0=300.04KNm
步骤：
1，理论计算：
计算宽度b=1.98。
按高度1m射一个横向弹簧。
H=1m
弹簧系数计算：
对任意一层土：地基系数C=m*h 这里h为当前土到地表的距离。
C上和C下为当前土层上下表面地基系数
弹簧系数=b*(C上+C下)/2*hi，hi为当前土层厚度。
模型按每0.5m一个单元，弹簧则每1m一个。
计算后的弹簧系数：
(弹簧系数计算表在后面)
2、桩身内力：
22.8m，每0.5m一个单元，总共46个单元，47个节点。
先在excel中计算坐标。
结构类型：x-z平面
材料：20号混凝土
截面：D=1.2圆形截面。
首先建立材料和截面
由于是普通混凝土结构，所以要折减0.67
建立模型：46个单元，注意旋转90度
这个建立单元的方法实际上比较麻烦,这里只是演示下方法
然后全选—》查询-》节点详细表格把excel中计算的节点坐标copy进去
底部节点z方向位移约束
选择所有偶数号的节点。
加节点弹性支撑
全选—》查询-》节点详细表格
节点弹性支撑，然后把excel里的弹簧系数copy进去，注意单位要正确
加荷载
加自重
注意应放在不同的工况中计算！
桩身弯矩图：
最大弯矩发生在z=3m左右，my=357。
书中查表计算z=2.26 my=359.75 弹簧系数计算表:
3、轴向承载力计算：
理论计算：关键是摩阻力的模拟
U:周长3.93m
T：桩侧摩阻力=40kPa
hi:土层厚度=1m
Pr:桩尖土极限承载力=312kN
假设极限位移0.006m
桩尖土弹簧系数：k=Pr/0.006=52000
每米土层桩侧摩阻力：P=U/2*1*40=78.6
桩侧土弹簧系数：k=P/0.006=13100
但是现在要用塑性杆模拟，杆件截面A=0.1m2 L=0.1所以弹性模量E=k=13100 塑性屈服应力=P/A=786kN/m2
截面则用数值定义为A=0.1即可材料：
4 开始建立模型：
选择所有偶数号的节点: 节点复制
选取新建节点，单元扩展：
然后约束所有杆件的j节点选取新建节点
桩尖弹簧设定：
选取桩尖节点,先删除此处的z方向约束.然后加节点弹簧
最后不要忘了把弹簧单元和相应的桩单元刚性连接这是节点编号的规律
在excel中：
把选中的数据copy到notepad，然后打开mct命令窗口，输入：*rigidlink 然后copy 按运行
5、设定非线性分析选项
zz为自重工况，默认只有一个工况，这个目的是建立初始迭代状态，不是必须的。
工况1就是前面的外力荷载了，分10步加载，点生成默认荷载系数
然后就开始运行！
反力
注意到桩侧土<78.6 桩尖<312所以满足承载力的要求
修改N力=3000
明显桩侧土都达到了极限，桩尖》312，所以不满足！
结论：如果想详细模拟轴向力与位移的变化，用塑性材料是必须的，才能比较正确模拟出桩受力到破坏的全过程位移，而且比本例子更进一步，桩尖弹簧最好也模拟为塑性杆尖（带强化）。
但是，不超过极限的情况下，桩侧摩阻力变化不大，如果只想判断是否满足承载极限，那么实际上无须使用太多的桩侧弹簧，而且也不必设定为塑性材料。
从而大大节省计算时间，结果也能满足设计需要。
本例子中的桩身内力计算结果是比较准确的，完全可以代替麻烦的查表计算，而且计算过程还是比较快速的，对于多排桩，群桩内力计算，更是方便快速，避免了手算的人为的错误。
在6孔20的弯梁桥计算中介绍了利用EXCEL ,能不能具体介绍一下是怎么把EXCEL中的数据弄到midas 中的?
如果你看了我前面的文章的话就知道了：选择节点后，用“”节点详细信息“打开表格方式，然后copyExcel中的数据粘贴到midas。