桩土相互作用分析
用ANSYS软件分析桩土相互作用
3.2.2 建模并划分网格 本模型简化为三维空间实体结构，桩采用钢管桩实际尺寸，土体取长为20m，宽20m（相当于10倍桩
径，以减小边界效应），深100.58m 的长方体块来模拟。
126
第十三届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
用 ANSYS 软件分析桩土相互作用
陈建民，肖 花
（中国石油大学石油工程学院，山东 东营 257061）
摘要：用 ANSYS 程序对导管架平台的桩与土之间的相互作用进行了研究。结果表明，在平台载荷作用下，桩上的最大应
力点出现在距海底一定深度的范围内，土中的最大应力也出现在离海底一定距离的土层中，而不是在海底处。桩周土层中应 力分布显著不对称，一侧的土层受力大，另一侧土层的受力小。随着深度的增加，桩身水平方向位移呈衰减波的形式变化。 衰减波的衰减速度很快，波峰的绝对值在第二个峰处就已减小到 0.001m。
159.91
159.91
1.44
13
Very dense sandy SILT
—82.75
9.60
Nq=20
81.39
4.79
14
Very stiff lean CLAY
qmax=4.79 MPa
—88.85
9.80
169.97
169.97
1.53
15
Very stiff lean CLAY
—92.66
刚性桩、弹性桩、弹性长桩的判断标准，与桩打入土中的深度 h 有关。桩打入土中的深度 h 同相对刚
度 T 的比值 Z max 称为相对桩长， Z max 可用于判断一桩为刚性桩、弹性桩或弹性长桩的判据。实验和分析
概析桩-土相互作用机理
概析桩-土相互作用机理1、引言当上部结构的荷载较大、适合于作为持力层的土层埋藏较深，并且采用天然浅基础或仅作简单的人工地基加固仍不能满足要求时，常采用的一种方法就是做桩基础。
把结构支撑在桩基础上，荷载通过桩传到深处的坚硬岩土上，从而保证建筑物满足地基稳定和变形容许量的要求。
桩通过其侧面和土的接触，將建筑荷载传递给桩周围的土体，或者传递给更深层的岩土，从而获得较大的承载能力以支撑上部的大型建筑物。
因此，研究桩土间的相互作用机理不仅能够对基础设计提供合理参考，在桩基施工过程中也可对安全施工做出贡献。
桩-土共同作用问题是地基基础与上部结构共同作用问题中的一个分支，研究地基基础与上部结构共同作用的理论，重要的是解决桩、地基土和基础之间共同作用的问题。
在该课题研究的几种方法中，比较完整的三维空间分析方法系由Hongladaromp等人和Hian提出。
进几十年来来，随着国内基础建设的兴起，桩基基础在全国各地都被广泛采用，桩-土共同作用机理也越来越被重视，许多学者采用各种试验方法并取得了不少有价值的研究成果。
但因为地下空间的复杂，影响桩-土共同作用的因素繁多，使桩-土共同作用问题研究仍然存在尚未解决的问题。
因此，本文将对这些具有代表性的研究成果进行简单的回顾，并阐述当今桩-土共同作用研究中存在的问题和今后的发展方向。
2、桩-土共同作用研究现状近年来，桩-土共同作用问题被广泛研究，主要影响因素有上部荷载形式以及桩型选取和土性变化，而桩型和土性影响可以归为桩-土界面影响因素。
下面主要详细介绍近几十年来桩-土共同作用机理研究进展。
80年代，费勤发等对建筑荷载下复杂的单桩位移影响系数以及桩对桩位移影响系数的计算给出了简易解法。
并且对单桩的一系列参数给出可以笔算的解析式。
将桩对桩以及桩对土的位移影响系数计算归并于单桩位移影响系数计算公式中。
将简化计算解与精确解进行详尽的比较和细致的分析给出简化计算解的最大相对误差范围，而简化计算结果足以满足工程要求。
桩土相互作用 -回复
桩土相互作用 -回复
感谢您的回复。
在工程上，桩土相互作用是指桩和土之间的相互影响和相互作用。
桩是经常用于土工工程建设中的混凝土或钢筋混凝土柱，通常埋在土中以承受建筑物或基础的载荷。
土是桩的支撑层，通常由多种不同的土层构成。
当载荷通过桩传递到土中时，桩土相互作用会发生，导致土的应变随着深度和距离的变化而发生变化，最终影响桩的承载能力和稳定性。
因此，研究桩土相互作用对于设计和施工土工工程非常重要。
希望这个解释可以帮助您更好的理解桩土相互作用。
桩土相互作用的有限元_无界元分析
图4 地表沉降量和最大轴向力关系
图3 计算单元网格
用有限元法计算时 , 四节点桩单元 14 个 , 四 节点桩周土体单元 99 个 ,计算结果见图 4～7 。
由图 4～7 可见 : 用有限元 — — — 无界元耦合的 方法 ,划分的单元为 80 个 ,而有限元法为 113 个 , 两种方法的计算结果比较接近 ,显然 ,用本文方法 划分的单元少 ,输入的数据 、 占用存储单元和运算
— 35 —
4 计算结果的比较
桩土相互作用分析的有限元 — 无界元单元网
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
5 结论
本文用计算机进行模拟试验 ,提出了有限元 、 无界元和接触面单元相耦合的数值模型 , 该模型 考虑了桩身非线性全过程受力特点及桩周土体的 弹塑性本构关系和桩土界面的线性本构关系 , 通 过实例计算证明了建立模型和程序是合理的和可 行的 ,从计算结果知 : ( 1) 有限元与无界元相耦合 ,顺利地解决了岩 土工程问题中有限元分析的 “计算范围和边界条 件不易确定” 的困难 ; ( 2) 采用有限元与无界元相耦合的方法与有 限元法相比 ,其输入数据 、 占有存储单元和运算时 间都大大减少 ; ( 3) 可以了解桩土共同作用全过程受力行为 ,分 析和探索桩土体系受荷全过程的机理和破坏规律 ; ( 4) 考虑土的弹塑性特性及采用接触面单元 模拟桩 — 土接触界面是十分必要的 。
N2 = -
1 (1 - ξ ) ( 1 +η ) N3 = 2 N4 = 1 ( 1 +ξ ) ( 1 +η ) 2
1 ( 1 + t ) ( 1 + n) N3 = 4 N4 = 1 ( 1 - t ) ( 1 + n) 4
基于ADINA模拟的桩土相互作用有限元分析
在模 型中， 采用 ４节点 四面体单元 ， 采用 Ｍｏｒ ｕ ｍｂ材料 ｈ— ｌ ｏ Ｃ ｏ
模 型 ； 体 采 用 弹性 各 向同性 模 型 进 行模 拟 。 桩 因为 有 限 元需 要 进 行 模 型 离 散 ， 生 单 元 ， 以 要 进 行 单 元 产 所
弹塑性等本构关系。
１ 弹性 模 型 。 ）
１ 计 算模型 的建立
１ １ 土体本构 关 系 ．
土 的本 构 关 系 非 常 复杂 ， 常用 的 有 弹 性 非 线 性 、 塑 性 、 弹 粘
比为 ０２ 粘 聚 力 为 ２ Ｐ ， ．， ５ｋ ａ 内摩 擦 角 为 ３ 。 ５。 １ ２． 单 元 选 择 及 ３３－ ． ４ ￣） Ｊ ，
划分 ， 综合考虑运算效 率和精度 ， 在桩体及桩体周围土体处， 适当
加 密 划分 份数 ， 远 离 桩 体 的部 分 ， 用 大块 的实 体 单 元 。 在 采 （） １ ｛ ｝ Ｄ］ ￡ ＝［ ｛ ｝
虎克定律可表示为 ： 其中， 为应力增量； ｅ 为应变增量 ；Ｄ］ ｛ ｝ ｛ ［ 弹性矩阵 ２ 弹 塑 性模 型 。 ） 在较 高水平应力下把土体作 为线 弹性体是不合理的 ， 饱和黏
由于本模型为平面模 型， 以关 闭 ｚ向所有 约束 ， 所 以及旋 转
自 由度 ， 平 两侧 受 ｙ 向约 束 ， 水 以模 拟 远 离 桩 体 边 界位 置 没 有 位 移 ； 边 界 受 Ｚ 向约 束 ， 底 以模 拟 远 离桩 体边 界 没有 竖 向位移 。
． ３ 摩 擦 单 元 （ 理单 元 ）本 文在 桩 ｌ土之 问 引人 另一 种单 元— — 接 １ ２． 材料 参 数 选 取 节 ， ｊ 综 合实 际 情 况 考虑 ， 取参 数 如 下 ： 性模 量 为 ２ Ｐ ， 松 选 弹 ０Ｇ ａ泊 触 单 元 ， 拟 桩 体 在 荷载 作 用 下 复 合地 基 沉 降 变形 情 况 。 以模
桩土相互作用下单桩特性
桩土相互作用下单桩特性分析[摘要]：随着我们经济技术的发展，各种复杂建筑的不断涌现，桩土之间相互作用和协调工作问题的研究成为土木工程中非常重要的课题之一。
桩基础作为一种常用的基础形式，以其承载力高、沉降量小而均匀、稳定性好、易于机械化作业等特点，在高层建筑及路桥工程及其它领域得到不断发展。
国内外的学者在如何考虑桩基础与地基之间的共同作用方法的研究都进行了深入的讨论，并在实际工程得到了运用。
桩土共同作用是一个非常复杂的系统，有必要进一步的研究桩土相互作用下单桩特性分析。
本文借助大型通用有限元软件分析了桩和土体共同作用下的单桩的受力特性，揭示了桩土相互作用下单桩特性分析，为优化实际工程结构设计方案安全和经济性进行有效的预测和指导作用。
1 桩土本构模型的选取本构模型选取是否合适对结构分析非常重要，本文土体选用弹塑性地基模型。
桩土受荷时，当土体进入塑性阶段时，桩仍处于弹性变形阶段，桩与土体正比，其变形较小。
因此，桩基选用线弹性模型。
1.1 弹塑性地基模型本算例在采用有限元软件进行分析时，采用SOLID45单元来模拟，SOLID45单元用于建立三维实体结构模型，单元通过8个节点来定义，每个节点有3个分别沿着X、Y、Z方向平移的自由度[1]。
由于土体和混凝土两种材料的性质相差较大，在一定的受力条件下有可能在其接触面上产生错动滑移或开裂。
因此，在土体和混凝土的交界面考虑接触效应。
有限元程序提供了多种接触形式，并且能将纯拉格朗日乘子法和罚函数法结合起来。
其中法向刚度因子取1.0，以避免取值过小导致造成总刚度病态，不便于收敛。
本文采用刚体-柔体的面-面接触单元来模拟[2]。
其中，土体当作“接触”面，利用TARGE173来模拟，作为柔性面。
桩体当作“目标”面，利用TARGE170来模拟，作为刚性面。
3 计算结果分析3.1 桩身的荷载与沉降关系研究桩基在不同荷载作用下的荷载-沉降曲线是探究桩基受力机理的主要途径。
单桩的P-S曲线如图3.1所示，可以看出，随着荷载的逐步加大，桩顶的沉降逐渐增加，由线性特征逐步表现出非线性的特性。
地震作用下桩-土-结构相互作用的分析
２ １ 程 概 况 ．工
０ ． ４
Ｊ
九
．
兰 ”
…
．
Ｍ 《
』 ／ Ｉ １
－ ｓ
。
一 ０ ２
ｔ ｔ ｓ
某 六 层 框 架 结 构 ， 高 ４米 ， 于上 海 南 汇 区 ， 区 位 于 长 江 人 海 层 位 该 口， 冲积 平 原 ， 质 条件 较 差 。 构 平 面 图如 图 ２所 示 ， 主要 承 重 构 属 地 结 其 件 的截 面尺 寸 及 材 料 力 学性 能 参 数 如 下 ： 框 架 柱 ：０ ｍ ４ ０ ４ ０ ｍｘ ０ ｍｍ混 凝 土 柱 外 环 梁 ：０ ｍ ４ ０ ３ ０ ｍＸ ０ ｍｍ混 凝 土 梁 楼 面粱 ：０ ５ ０丁 字 钢 ， Ｈ ５ ０ ｍ， Ｂ ２ ０ １ｘ０ 高 ＝ ０ ｍ 宽 ＝ ０ ｍｍ， 缘 １ １ｍ 翼 １ ６ ｍ， ＝ 腹板 ｔ １ｒｌ ２ ０ｌｌ ＝ ｌ ｌ 楼 面 板 ：Ｏ ｍ 混 凝 土楼 面板 ｌＯ ｍ 材料特性 ： 土 Ｃ ０ 弹 模 Ｅ ３０ １ ／ 泊 松 比 Ｖ ０２ 密度 Ｐ 昆凝 ３， ＝ ．ｘ ０ Ｎｍ ， ＝ ．， ＝
Ｗｉｋｅ 地基上的梁模型 、 ｎｌｒ 波动场模型 以及有限元模 型。 ３种模型 中由于 动 力 Ｗｉｋ ｒ 基 上 的梁 模 型 力 学 概 念 清 楚 ， 单 实 用 ， 于被 Ｔ 程 人 ｎｌ 地 ｅ 简 易 员接 受 而 被 广 泛 运 用 。 本文 拟 采 用 这 一 模 型 ， 桩 离 散 为 梁 单 元 ， 节 将 在 点处 考虑 水 平 位 移 和 转 角 ， 桩 体 的 质 量 集 中在 节 点 处 。土 体 由离 散 的 将 弹簧 一阻尼器系统代替 ， 简化模型见图 １ 。
９度
桩顶与基础不同构造形式桩土相互作用试验研究的开题报告
桩顶与基础不同构造形式桩土相互作用试验研究的开题报告研究背景与意义钢筋混凝土桩作为一种常见的深基础形式，广泛应用于建筑、桥梁、海洋工程等领域。
桩基的承载力主要分为桩侧面摩阻力和桩顶的承载力两部分，其中桩顶的承载力相对重要。
因此，在设计和施工过程中，必须充分考虑桩顶与基础之间相互作用的问题，确保桩基的安全和可靠性。
然而，现有的桩基设计方法主要采用基本假设，即桩顶与基础之间完全刚性连接，忽略了桩顶与基础之间的相互作用。
因此，为了提高桩基设计的精度和可靠性，有必要对桩顶与基础不同构造形式下的桩土相互作用进行深入研究。
研究目的本课题旨在通过桩顶与基础不同构造形式下的试验研究，探究桩顶与基础之间相互作用的规律及其对桩基性能的影响，为桩基设计提供理论依据和实践指导。
研究内容与方法本研究将通过设计不同构造形式的钢筋混凝土桩及其相应的基础，分别进行桩土相互作用试验。
具体内容包括：1.设计两种不同构造形式的钢筋混凝土桩及其相应的基础，即顶部连接和顶部未连接。
2.进行不同荷载条件下的试验，包括单桩竖向承载力试验、单桩侧向承载力试验、桩体变形试验等。
3.通过试验数据分析桩顶与基础不同构造形式下的桩土相互作用规律，并计算出其对桩基性能的影响。
4.提出相应的桩基设计建议，为工程实践提供参考。
预期成果通过本研究的试验结果，预计可以获得以下成果：1.探究不同构造形式下的桩土相互作用规律，分析桩顶与基础之间的相互作用对桩基性能的影响。
2.提出相应的桩基设计建议，为工程实践提供参考和指导。
3.补充和完善现有桩基设计理论，提高桩基设计精度和可靠性。
4.对相关领域的研究和发展提供理论依据和实践支持。