桩土接触数值模拟试验_甘立刚
接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟
接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟一、引言混凝土墩是一种常用的结构形式，广泛应用于建筑、桥梁和隧道等工程中。
然而，在现实生活中，恶劣的环境条件下，如战争或恐怖袭击事件中，混凝土墩往往会受到爆炸冲击而被严重破坏。
因此，研究混凝土墩在接触爆炸下的破坏效应对于提高结构的安全性和抗冲击能力具有重要意义。
二、试验方法为了研究混凝土墩在接触爆炸下的破坏效应，我们设计了一系列试验。
首先，我们选取了几个不同尺寸和材质的混凝土墩样本，制作成标准的实验模型。
然后，我们设置了爆炸装置，将炸药直接接触到混凝土墩的表面，模拟真实的爆炸环境。
试验过程中，我们使用高速摄像机记录了混凝土墩的破坏过程，并使用应变测量仪器记录了关键部位的应变数据。
三、试验结果通过分析试验结果，我们发现混凝土墩在接触爆炸下的破坏过程可以分为以下几个阶段。
首先是冲击波阶段。
当爆炸发生时，产生的冲击波传播到混凝土墩表面，造成表面裂纹和剥落。
冲击波的能量会导致混凝土墩发生变形和应变。
接着是爆炸气浪阶段。
爆炸产生的巨大气浪会导致混凝土墩发生局部破坏，例如爆炸侧产生的大片飞溅。
同时，气浪的冲击力也会加剧混凝土墩内部的变形和破坏。
最后是碎片飞溅阶段。
在爆炸过程中，混凝土墩的碎片会被弹射出去，对周围环境造成伤害。
碎片的飞溅距离和速度与爆炸的能量和墩体的材质有关。
四、数值模拟为了更深入地研究混凝土墩在接触爆炸下的破坏效应，我们采用了数值模拟方法。
首先，我们建立了混凝土墩的几何模型，然后通过有限元方法进行网格划分。
接着，我们根据文献资料和试验数据，选取合适的材料模型和爆炸参数进行模拟。
通过数值模拟，我们成功地再现了混凝土墩在接触爆炸下的破坏过程。
模拟结果与试验结果相吻合，证明了数值模拟的有效性。
同时，我们还通过改变不同参数值，研究了混凝土墩的抗冲击性能，并提出了一些改进措施。
五、结论通过接触爆炸下混凝土墩破坏效应的试验与数值模拟研究，我们得出以下结论：1. 冲击波、爆炸气浪和碎片飞溅是混凝土墩在接触爆炸下破坏过程的主要因素。
钢板桩与软土交互作用的数值模拟研究
钢板桩与软土交互作用的数值模拟研究钢板桩作为一种常用的地基加固技术，被广泛应用于建筑工程中。
在软土地区，由于软土具有较弱的承载能力和较大的沉降性，钢板桩的使用对于提高地基的承载能力和抗沉降性能至关重要。
钢板桩与软土之间的交互作用是关键问题，直接影响其加固效果。
传统的试验方法在研究钢板桩与软土交互作用中起到了重要作用，但试验成本高、周期长、受到实验条件的限制等问题使其在研究中存在一定的局限性。
而数值模拟方法由于具有时间和空间尺度可调、经济高效、结果可视化等优点，成为钢板桩与软土交互作用研究的重要手段。
本篇文章旨在通过数值模拟研究，探究钢板桩与软土之间的交互作用，以期提供一定的理论基础和技术支持。
首先，钢板桩与软土相互作用的数值模拟需要建立合理的计算模型。
在模型中，需要考虑土体的本构模型、钢板桩的材料特性和几何参数等因素。
常用的土体本构模型有弹性模型、粘弹性模型、塑性模型等，根据实际情况选择合适的本构模型，以准确描述土体的力学行为。
同时，钢板桩的几何参数包括长度、宽度、厚度等，需要根据实际工程情况进行合理的选择。
其次，数值模拟研究还需要确定边界条件和加载方式。
边界条件是指模拟计算时给定的限制，常见的边界条件有固定边界、约束边界、周期性边界等。
在钢板桩与软土交互作用的数值模拟中，边界条件的选择对结果的准确性和可靠性有重要影响。
加载方式可分为静态加载和动态加载，根据实际情况选择合适的加载方式。
然后，数值模拟研究需要考虑土体初始状态和加载过程中的应力变化。
土体的初始状态可以通过采集实地资料或现场试验得到，根据具体情况进行输入。
同时，加载过程中的应力变化对于研究钢板桩与软土交互作用起到关键作用，需要对其进行合理的设定和模拟。
在进行数值模拟计算时，需要选择适当的数值计算方法和算法。
常用的数值计算方法有有限元法、边界元法、离散元法等。
根据实际需要和计算资源情况选择合适的数值计算方法，并采用高效的算法提高计算速度和精度。
考虑接触效应的高层建筑桩-土相互作用分析的开题报告
考虑接触效应的高层建筑桩-土相互作用分析的开题报告一、研究目的高层建筑作为现代城市的标志性建筑，其形式多样、高度巨大、承载力要求严格，其基础稳定性和抗震性能显得尤为重要。
在高层建筑的地基设计中，桩基作为一种常见的基础形式被广泛应用。
然而，由于高层建筑的施工过程中涉及到大规模土方开挖、地下水位变化、基础承载力分布不均等不确定因素，导致桩的浮沉变形等问题容易发生。
为了减小桩的变形和提高桩的承载能力，研究桩-土相互作用机理成为了当前研究的热点之一。
本研究旨在探究高层建筑桩-土相互作用中接触效应的影响机理，以期提高高层建筑桩基性能，确保其稳定、安全地承载高楼大厦。
二、研究内容本研究的具体内容包括：1. 高层建筑桩-土相互作用的基本原理和相关试验方法介绍。
2. 接触效应的概念定义和影响机理分析。
3. 基于数值模拟方法，建立高层建筑桩-土相互作用的有限元模型，分析接触效应对桩基性能的影响。
4. 以某高层建筑桩基实例为基础，进行实际工程试验，验证理论分析结果的准确性和适用性。
三、研究方法本研究主要采用数值模拟和实验方法相结合的研究方式。
具体可行的研究方案是：1. 对高层建筑桩-土相互作用机理进行系统分析和理论探讨，结合先前的研究成果和相关文献资料，创新性地提出建模和模拟方案。
2. 建立高层建筑桩-土相互作用的有限元数值模型，采用ABAQUS软件进行有限元分析计算，并进行参数优化。
3. 经过数值模拟分析得出结论后，结合实际的工程情况，利用原型试验等方法进行实际测试验证。
四、研究意义通过深入研究高层建筑桩-土相互作用中接触效应的影响机理，可以更好地理解桩头部变形和桩土渐进破坏过程中的影响因素，为桩基设计和施工提供依据和指导。
本研究的主要意义在于：1. 围绕高层建筑桩基设计中的关键问题，建立理论模型和计算方法，探索高层建筑桩基的稳定性和抗震性能的提高之路。
2. 通过深入掌握桩-土相互作用的规律，尤其是联系接触效应对桩基性能的影响因素，可以提高桩基的稳定性和承载能力，为高层建筑的建设提供技术支撑。
等截面抗拔单桩桩土相互作用数值模拟与分析
等截面抗拔单桩桩土相互作用数值模拟与分析摘要：有限元法作为一种近似的数值模拟计算方法在固体力学分析上具有独特的优势，其在桩土相互作用、特别是抗压桩的应力分析上应用广泛，但是在对抗拔桩研究的应用上则相对较少。
本文在多年来前人研究成果的基础上讨论抗拔桩桩土相互作用的有限元实现形式，包括桩土模型的确定、接触方式的选取、本构关系的确定、初始应力的确定等。
通过理论分析与数值计算定量的阐述了桩长、桩径、桩身模量、土的模量等因素对抗拔桩承载力和桩顶位移的影响，并在此基础上进行了相应的总结，提出了有针对性的工程建议，从而为桩基工程的实践提供有益的参考。
关键词：有限元法；抗拔桩；桩土模拟；D-P模型；接触分析Abstract: as a kind of approximate finite element method of the numerical simulation calculation method in the solid mechanics analysis on have a unique advantage, the pile soil interaction, especially the compressive stress analysis of the pile was widely used in, but in the fight against application of tension piles is relatively small. In this paper the years previous research results based on the discussion of pull of the interaction of the soil pile finite element realization forms, including pile soil model determination, contact the selection, the way the constitutive relation of the determination, to determine the initial stress. Through theoretical analysis and numerical calculation of quantitative expounds the pile length, pile diameter and pile body modulus, soil modulus against pull factors such as pile bearing capacity and the influence of pile top displacement, and based on the summary of the corresponding, corresponding engineering Suggestions, so for pile foundation engineering practice of provide the beneficial reference.Keywords: finite element method; Tension piles resistance; Pile soil simulation; D-P model; Contact analysis概述有限元法[1]最初是20世纪50年代作为处理固体力学问题的方法出现的。
竖向受荷桩的桩-土接触面简化模型
土
木
工
程
与
管
理
学
报
Ｖ０ ． ． １２８ ＮＯ ４ Ｄｅ ． ０１ ｃ２ １
Ｊｕｎ ｌｏ ｉｉ Ｅ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＭａ ａ ｅ ｎ ｏ ｒ ａ ｆＣｖｌ ｎ ｉｅ ｒ ｎ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｎ
竖 向受荷桩 的桩 一 接 触面 简 化模 型 土
动不 同 ， 土体 扰 动较 大 的成 桩 工 艺 导致 桩 周 土 对 强 度较 低 ， 应该 取 较低 的 ｃ 值 。对桩 间土 的挤 、 密效 果较好 的成桩 工 艺 导 致桩 问土 的 强度 提 高 ， 应 该取较 高 ｃ 的值 。 、
图 ７ Ｄ ： ． ０４ ｍ不 同厚 度 薄 壁 单 兀 的 桩 顶 位 移
于土 体静力 分析 的摩尔 ． 伦屈服 准则 。 库
限元 与边界 元 的杂 交 耦 合方 法 ， 桩 一土 接触 面 将
如图 ３所 示 ， 一个微 环 隔离分 析 ， 向作 用 取 竖
的应力 只有 环外 土 体 的剪 切 应 力 、 内桩 体 的 剪 环
用非 线性耦 合 弹 簧模 拟 ， 以获 得一 种兼 顾 精 确性
基础上 ， 通过 试验 与理论 分析 ， 出了确定参 数 的 给
Ｄ ｎａ ｕｃｎ等人 基 于直剪试 验 的双 曲线 模型 。但 是 这种无 厚度 的方 法 在 使 用 时存 在 几个 问题 ：
（） １ 在单 元受 压时 ， 两侧 的单元 有 可 能相 互 嵌 入 ； （） ２ 求解 法 向位移有 一 个 较小 的偏 差 会 引起 法 向
Ｔｏｈ ｎｓ ｒｃ ａｉ 等 分析 了桩 土分 离 效应 、 周 土 桩
体 弹 塑性 性 状 等 条件 对 桩． 土接 触 面 作 用机 制 的 影 响。Ｄ ｓｉ ｅａ等 提 出 了薄壁 单 元模 拟 接 触 面 的 理论 ， 这可 以避 免两侧 单元 在受压 时 的相互嵌 入 ， 但是 在使用 时 仍 然存 在 一 些 局 限 ： １ 薄 壁 单 元 （） 剪切模 量 Ｇ ＝ｋｔ与 单 元 厚 度 有 关 ， 是 在 使 用 ｓ ， 但 时如 何取 ｔ 值来 得到较 准确 的结果 并未 解决 ；２ （） 没有 考虑法 向变形 和剪切 变形 的耦合 作用 。这两 点都 会 带 来 较 大 的计算 误 差 ， 利 于 Ｄ ｓｉ 理 不 ｅａ 的
竖向受荷桩的桩-土接触面简化模型
竖向受荷桩的桩-土接触面简化模型
潘玉涛;郑俊杰
【期刊名称】《土木工程与管理学报》
【年(卷),期】2011(028)004
【摘要】将桩-土接触面由一个理想弹塑性的切向弹簧简化为一层薄壁单元,通过理论分析的方法,在Desai薄层单元法的基础上进行改进,考虑桩径与薄壁单元厚度对单元参数的影响,给出一种弹簧切向刚度与薄壁单元剪切刚度的换算式.数值模拟结果表明,该模型在薄壁单元厚度和桩径在一定范围内变化时模拟结果稳定,其竖向位移分布规律与接触面弹簧模拟结果非常相似；通过改变薄壁单元的强度参数,可以模拟桩-土接触面的强度性质,从而能够较合理地预测桩-土接触面在竖向荷载作用下的变形性状.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】潘玉涛;郑俊杰
【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】TU473
【相关文献】
1.竖向受荷桩的桩-土接触面简化模型 [J], 潘玉涛;郑俊杰
2.水平受荷嵌岩桩简化模型的嵌固深度分析 [J], 杨坤
3.考虑桩-土-筏板的共同作用时受竖向荷载的桩筏基础分析 [J], 李志富
4.考虑实际分布形式的水平受荷桩桩周土抗力分析方法 [J], 江杰;付臣志;王顺苇;欧孝夺
5.考虑桩土接触面特性的水平受荷单桩数值分析 [J], 史文清;王建华;陈锦剑
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西安地区单桩桩土相互作用数值模拟分析
第25卷第3期长安大学学报(地球科学版)Vol.25No .32003年9月Journal of Chang an U niversity (Earth Science Edition)Sep.2003西安地区单桩桩土相互作用数值模拟分析魏 静1,王建华1,李永林2(1.天津大学岩土工程研究所,天津300072;2.呼和浩特赛罕区水务局,内蒙古呼和浩特010020)[摘要] 随着计算机技术和数值方法的不断发展和完善,使有限元法得到越来越多的应用。
根据西安地区原型摩擦桩的地层特点和土性条件,运用有限元基础理论,利用相应的边界条件与假设条件,建立单桩数学模型。
通过模型研究了单桩的沉降特性与土共同作用的影响因素,对西安地区单桩桩土相互作用机理进行了探讨。
[关键词] 有限元法;摩擦桩;桩土作用;西安[中图分类号] T U473.1;T U475 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9955(2003)03-0063-04[作者简介] 魏静(1973-),女,河北沧州人,讲师,博士研究生,现从事土体固结与渗流研究工作。
[收稿日期] 2002-10-10外荷载通过桩基传到地基深部是桩-土系统相互作用的过程,桩基受力变形在很大程度上取决于岩土的特性。
以前对桩基础的沉降预测是以经验数据和简化的一维固结方法为依据的,单桩的荷载分配是按静力平衡和弹性理论来计算。
由于计算技术的发展,对桩土耦合问题的处理方法很多,如传递函数法、弹性理论法、有限元法和剪切位移法等,各有其优缺点。
传递函数法能较好反映桩侧土的层状非均质性和非线性,因而在单桩分析中广泛应用,但没有考虑桩的连续性。
弹性理论法用单一的模量参数去反应分层的、非线性的土压缩特性,忽略了桩的加筋和遮盖作用,在工程应用上受到较大限制。
剪切位移法可方便地考虑层状土情况,且参数少便于计算,但对桩土滑移和桩桩相互影响的非线性尚待进一步研究[1]。
有限元法是一种强有力的数值方法,随着计算机技术和数值方法的不断发展和完善,使得有限元法得到了越来越多的应用。
桩—土—结构相互作用三维数值模拟
3、探讨桩—土—结构相互作用的机制：通过分析桩基与土体以及上部结构之 间的相互作用，可以深入了解桩基承载和变形的本质，为工程设计提供理论支 持和实践指导。
在分析模拟结果时，应注意以下可能的影响因素：
1、模型参数的设置：模型参数的准确设置是保证计算结果准确性的关键之一。 应依据实际工程地质资料和现场试验数据合理确定模型参数。
2、网格划分的精度：网格划分的精度对计算结果的准确性有很大影响。在保 证计算效率的前提下，应尽可能提高网格划分的精度。
3、边界条件的处理：边界条件的处理对计算结果的准确性也有很大影响。在 数值模拟中，应合理设置边界条件以反映实际工程情况。
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连续介质模型将土体视为连续的弹性或塑性介质，通常采用有限元法或有限差 分法进行求解。连续介质模型适用于分析小变形和低应力的问题，且计算效率 较高。然而，该方法难以准确模拟复杂的地质条件和应力状态。
混合法是一种结合离散元法和连续介质模型的数值方法。该方法将土体分为若 干个单元，其中一部分单元采用离散元法进行模拟，另一部分单元则采用连续 介质模型进行模拟。混合法的优点在于能够结合离散元法和连续介质模型的优 点，同时降低计算成本。然而，混合法需要合理选择离散元和连续介质模型的 适用范围，以确保计算结果的准确性。
采用有限元法对桩—土—结构相互作用进行了数值模拟，分析了不同土体条件 和桩端荷载对桩基承载力的影响。结果显示，土体条件和桩端荷载是影响桩基 承载力的关键因素。类似地，李志平等（2021）采用有限差分法对桩基在复杂 荷载下的变形进行了数值模拟，探讨了不同土体条件对桩基变形的影响。研究 结果表明，土体条件是控制桩基变形的重要因素，合理的土体模型是提高数值 模拟精度的关键。
方法与模型
桩—土—结构相互作用的数值模拟方法与模型可分为三大类：离散元法、连续 介质模型和混合法。
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13 2
四川建筑科学研究
第 35卷
受力变形情况 , 探讨桩土之间相互作用的机理 。
1 桩土体系数值模型的建立
对于一般摩擦桩而言 , 随着轴向荷载 Q增大 ,
桩身相对于桩周土发生的位移随之增加 , 桩侧摩擦 阻力的作用逐渐发挥出来 。当桩身位移达到一定值
时 , 摩擦阻力达到极限值 , 桩端反力将迅速增大 ;当
作用接近实际情况的前提 。
桩土接触变形问题属于边界条件非线性问题 。
在本文建立的有限元模型中 , 桩周土体采用了
Drucker-Prager(DP)材料 , 其材料特性包括粘聚力
表 2 土参数 [ 1] Table2 Parametersofsoil
层号 1 2 3
土层名称 粘土 粉土
细砂 、中砂
厚度 /m 2.5 3.2 1.3
虽然利用数值分析方法研究桩土共同作用已取 得了大量有价值的成果 , 但是 , 由于数值模拟时自重 的施加在土体中会产生压缩变形 , 而实际的工程现 场土体固结大都已经完成 , 以往的研究基本没有考 虑这一区别 。 本文利用大型通用软件 ANSYS结合 某实际工程对桩土之间的接触问题进行分析 , 通过 荷载步来扣除土体自重施加引起的压缩变形 , 再现 桩顶受载荷时桩顶沉降情 况和桩土的受力 变形情 况 , 基于桩土之间的相互作用情况以及桩周土体的
Abstract:Thedeformationofsoilwillbecausedbydeadweightstepinsimulatingthepile-soilcooperationbynumericalsimulation method, whilethedeformationofsoilbythegravityeffecthasalreadybeenfinishedintheactualproject, sothereisdifference.Inthis paper, thecontactelementisusedtosimulatethepile-soilcooperation, and3D finiteelementmethodisalsousedbysubtractingthe paredwiththemeterageresults, thenumericalsimulationresults
的方法确定 。 考虑到 FKN越小 , 计算越容易收敛 , 先用一个比较 小的 FKN开始 计算 , 收敛后再 改大
些 , 由于接触刚度 FKN越大 , 则穿透越小 、结果越合 理 , 因此 , 把 FKN改大些重新计算 , 直到有一个满意 的结果[ 5] 。 1.3 初始地应力的模拟
计算过程分 7个荷载步 :第 1步为土体在自重 作用下的计算 , 第 2到 7步为各级外荷载和重力共
桩长 /m
8
桩径 /m 0.3
混凝土弹性模量 /Pa
2.9 ×1010
密度 /(kg· m-3 )
泊松比
2500
0.617
粘聚力 /Pa
3.20 ×104 1.20 ×104 8.00 ×104
内摩擦角 /(°) 14 13 15
膨胀角 /(°) 0 0 0
密度 /(kg· m-3) 1750 1900 2600
摘 要 :用数值分析方法模拟桩土共同作用时自重荷载 步的施 加将使 土体产 生变形 , 而实 际工程 中 , 土体自重 作用产 生的变 形早已完成 , 故两者之间存在一定差异 。 通过设置接触单元来模拟桩土之间的共同 作用 , 并利用 ANSYS中的荷载步来实现扣 除土体自重应力引起 的变形 , 对桩土进行 3D有限元模拟 。 数值分析结 果与现场 实测值的 比较表 明 , 在桩土接 触模拟 中通过 荷载步的方法考虑土 体自重应力是可行的 。 还通过分析不 同荷载 步作用 下桩土 之间的相 互挤压 力分布 和桩侧 摩阻力 分布 , 指出了桩端附近桩侧 土体存在的 “拱效应 ”显著减小了 该处作用于桩侧的水平土压力和桩侧摩阻力 。 关键词 :接触 ;荷载步 ;初始应力 ;桩侧摩 阻力 ;桩土共同作用机理 中图分类号 :TU441 文献标识码 :A 文章编号 :1008 -1933(2009)02 -131 -04
2009 No.2
甘立刚 , 等 :桩土接触数值模拟试验
1 33
同作用下的计算 。对于实际的工程 , 桩施工之前 , 绝 大部分土体已经完成固结 , 而在数值模拟时 , 施加自 重应力会引起土体的压缩变形 。 因此 , 本文在确定 各级外荷载作用下的桩土变形时 , 在后处理中均减 去了第 1个荷载步产生的变形 。 1.4 几何模型的建立和网格划分
0 前 言
现代工程建设中 , 桩基础的应用非常普遍 。桩 顶荷载 —沉降关 系以及桩 —土 间作用力 的传递机 理 , 一直是工程技术人员所关心的重要问题 。 多年 来 , 研究人员对桩土之间的接触问题用数值分析方 法开展了大量的研究工作 。 王先军等 [ 1] 建立了一 个桩土接触面体系的有限元模型 , 对其计算理论进 行分析 , 同时 , 结合某大直径钻孔灌注桩工程实例 , 分析了桩土模型的荷载 —沉降曲线及荷载的传递规 律 。陈海[ 2] 通过 ANSYS有限元模型 , 计算了软土 地基中摩擦桩在竖向荷载作用下的沉降情况 。 该模 型土层定义为弹性 , 以有限元中面面接触对模拟桩 土接触问题 , 通过施加温度荷载模拟土层对桩的侧
Numericalsimulationofthepile-soilinterface
GANLigang1 , LIBixiong1 , WUTi2 , ZHOUWei1
(1.CollegeofArchitectureandEnvironment, SichuanUniversity, Chengdu 610065, China; 2.SichuanInstituteofBuildingResearch, Chengdu 610081, China)
本文所取的计算范围为距桩 侧 6 倍桩径以 外的土
体 。 为了验证模型的可靠性 , 模型所采用的各项参
数与文献 [ 1]相同 , 采用的桩径为 0ห้องสมุดไป่ตู้3 m, 模拟土体
的范围为桩外侧 1.8 m。
1.1 桩土各种参数选取
桩土间的摩擦系数与土的特性密切相关 , 其大
小随着土强度的增大而增大 ;摩擦系数还与桩侧表
接触摩擦力 ;
FKN, SLIDE, Mu, PRES———接触单元的接触刚度 、
接触位移 、摩擦系数和
法向接触力 。
由式 (3)～ (5)可知 , 接触界面的 2个重要的力 学参数 ———摩擦系数 Mu和 法向刚度 FKN控制了 接触的力学行为 , 因此 , 这 2个参数的正确取值 , 是 决定对接触模拟是否合理的关键 。作为非线性的接 触问题 , FKN取值无成熟经验可循 , 只能采用试算
桩端下沉量达到一定值时 , 桩端受力达到极限状态 , 此时 , 桩才达到极限承载力 。对于端承桩 , 由于桩周
土较为软弱 , 桩周摩擦阻力几乎在加载一开始即达
到极限状态 。在深度为 z处的桩侧摩阻力 、桩身位
移和轴向力间有比较明确的关系 : Q(z)=EAdSd(zz)
q(z)=-EUAd2 S dz(2 z)
弹性模量 /Pa
3.56 ×106 4.38 ×106 3.86 ×106
泊松比 0.15 0.30 0.20
c、内摩擦角 φ和膨胀角 , 土体单元采用 Solid45单
元 ;桩身采用线弹性材料 , 桩体单元也采用 Solid45
单元 ;桩 —土 接触面 采用面 与面 接触的 Targe170,
Conta173单元来模拟 , 该单元的特点是能进行大变 形计算 , 如较大的张开 、滑移等 [ 5] 。 Whitake, Reese
等人根据试验指出 , 发挥极限侧阻力所需桩土相对 位移与桩 径大小无关 , 略受土类 、土性影响 [ 6] 。 当
桩周土体距桩身超过一定距离后 , 桩对该处土的作 用已相当 小 , 实际工 程中可忽 略不计 [ 2] ;Masam和
Fukuoka根据日本某地桩径 2 m、桩长 40 m的灌注 桩的实测指出 , 桩土相对位移约达桩径的 10%[ 7] 。
(1) (2)
式中 q(z), Q(z), S(z)———桩侧摩阻力 、桩轴向力
和桩身位移 ; U, A, E, z———桩的 周长 、截面 面积 、
弹性模量 和桩身 入土
深度 。 由上式可以看出 , 竖向荷载作用下 , 桩顶的位移
反应取决于桩侧摩阻 力分布和桩端竖 向沉降 。 因
此 , 正确模拟桩土之间的接触关系 , 是保证桩土共同
1.2 接触算法
通过 KEYOP(12)中选项设置 , 选择罚函数法作
为接触面的算法 。罚函数法是通过接触刚度在接触
力与接触面间的穿透值 (接触位移 )间建立力与位
移的线性关系 :
FKN×SLIDE=PRES CP=CT×FKN
(3) (4)
SFRIC=CP×Mu
(5)
式中 CP, CT, SFRIC———接触压力 、接触渗透和
面的粗糙程度有关 。 一般混凝土桩 , 对粘性土的摩
擦系数为 0.25 ～ 0.4 ;对砂土的摩擦系数为 0.5 ～ 1.0[ 8] 。 本模型选用摩擦系数为 :粘土为 0.312、粉
土为 0.503、细砂为 0.821。 桩土参数取值见表 1, 2。
表 1 桩参 数 [ 1]
Table1 Parametersofpile
采用 ANSYS10.0 版本 计算 , ANSYS有 限元分 析结果的精度取决于模型网格尺寸 , 所以 , 模型的建 立需要花费更多的时间 。本模型共有 37611个单元 (其中接触单元 4038 个 ), 148440 个节点 。 桩土体 系有限元模型如图 1所示 。
第