用midas模擬樁土相互作用

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1、北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司技術(shù)資料——用MIDAS模擬樁-土相互作用用MIDAS模擬樁-土相互作用（“m法”確定土彈簧剛度）北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司2009年05月8北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司技術(shù)資料——用MIDAS模擬樁-土相互作用1、引言土與結(jié)構(gòu)相互作用的研究已有近60～70年的歷史，待別是近30年來，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為其提供了有力的分析手段。樁基礎(chǔ)是土建工程中廣泛采用的基礎(chǔ)形式之一，許多建于軟土地基上的大型橋梁結(jié)構(gòu)往往都采用樁基礎(chǔ)，樁-土動力相互作用又是土-結(jié)構(gòu)相互作用問題中較復(fù)雜的課題之一。至今已有不少關(guān)于樁基動力特性的研究報告，國內(nèi)外研究人員也提出了許多不同的樁-土動力相互作用計算方

2、法。從研究成果的歸類來看，理論上主要有離散理論和連續(xù)理論及兩者的結(jié)合，解決的方法一般有集中質(zhì)量法、有限元法、邊界元法和波動場法。60～70年代，美國學(xué)者J.penzien等在解決泥沼地上大橋動力分析時提出了集中質(zhì)量法，目前已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。集中質(zhì)量法將橋梁上部結(jié)構(gòu)多質(zhì)點(diǎn)體系和樁一土體系的質(zhì)量聯(lián)合作為一個整體，來建立整體耦聯(lián)的地震振動微分方程組進(jìn)行求解。該模型假定樁側(cè)土是Winkler連續(xù)介質(zhì)。以半空間的Mindlin靜力基本解為基礎(chǔ)，將樁-土體系的質(zhì)量按一定的厚度簡化并集中為一系列質(zhì)點(diǎn)，離散成一理想化的參數(shù)系統(tǒng)。并用彈簧和阻尼器模擬土介質(zhì)的動力性質(zhì)，形成一個包括地下部分的多

3、質(zhì)點(diǎn)體系。土彈簧剛度的確定，除考慮使用較為精確的有限元或邊界元方法外，較為簡便的方法是采用Penzien模型中提供的土彈簧計算方法或參照現(xiàn)行規(guī)范中土彈簧的計算方法。我國公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(JTGD63-2007)用的“m法”計算方法和參數(shù)選取方面比Penzien的方法要簡單和方便，且為國內(nèi)廣大工程師所熟.“m法”的基本原理是將樁作為彈性地基梁，按Winkler假定（梁身任一點(diǎn)的土抗力和該點(diǎn)的位移成正比）求解。但是，由于樁-土相互作用的實(shí)驗數(shù)據(jù)不足，土的物性取值有時亦缺乏合理性，在確定土彈簧的剛度時，仍有不少問題未能很好解決。特別是，“m法”中m的取值對彈簧剛度的計算結(jié)果影響很

4、大，且不能反映地震波的頻率特性和強(qiáng)度帶來的影響。本次介紹的土彈簧的模擬是采用規(guī)范中的“m法”確定土的地基系數(shù)C（m的取值根據(jù)土的物性而定）,再由其算出土彈簧的水平剛度。?8北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司技術(shù)資料——用MIDAS模擬樁-土相互作用2、采用“m”法，確定土彈簧剛度樁在橫軸向荷載作用下樁身的內(nèi)力和位移計算，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多方法。目前較為普遍的是樁側(cè)土采用文克爾假定，通過求解撓曲微分方程，再結(jié)合力的平衡條件，求出樁各部位的內(nèi)力和位移，該方法稱為彈性地基梁法。以文克爾假定為基礎(chǔ)的彈性地基梁法從土力學(xué)觀點(diǎn)看是不夠嚴(yán)密的，但其基本概念明確，方法簡單，所得結(jié)果一般較安全，在國內(nèi)外工程界得

5、到廣泛應(yīng)用。我國公路、鐵路在樁基礎(chǔ)的設(shè)計中常用的“m”法、就屬此種方法，本文將主要根據(jù)“m”法來確定土彈簧剛度。2.1地基系數(shù)的概念及確定方法（1）概念地基系數(shù)C表示單位面積土在彈性限度內(nèi)產(chǎn)生單位變形時所需施加的力，單位為kN/m3或MN/m3。（2）確定方法地基系數(shù)大小與地基土的類別、物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。地基系數(shù)C值是通過對試樁在不同類別土質(zhì)及不同深度進(jìn)行實(shí)測及后反算得到。大量的試驗表明，地基系數(shù)C值不僅與土的類別及其性質(zhì)有關(guān)，而且也隨著深度而變化。由于實(shí)測的客觀條件和分析方法不盡相同等原因，所采用的C值隨深度的分布規(guī)律也各有不同。常采用的地基系數(shù)分布規(guī)律有圖下所示的幾種形式，因此也

6、就產(chǎn)生了與之相應(yīng)的基樁內(nèi)力和位移的計算方法。圖1地基系數(shù)變化規(guī)律8北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司技術(shù)資料——用MIDAS模擬樁-土相互作用現(xiàn)將樁的幾種有代表性的彈性地基梁計算方法概括在表下中。樁的幾種典型的彈性地基梁法表4-1計算方法圖號地基系數(shù)隨深度分布地基系數(shù)C表達(dá)式說明m法4-1a）與深度成正比C=mZm為地基土比例系數(shù)K法4-1b）樁身第一撓曲零點(diǎn)以上拋物線變化，以下不隨深度變化C=KK為常數(shù)C值法4-1c）與深度呈拋物線變化C=cZ0.5c為地基土比例系數(shù)張有齡法4-1d）沿深度均勻分布C=K0K0為常數(shù)上述的四種方法各自假定的地基系數(shù)隨深度分布規(guī)律不同，其計算結(jié)果是有差異的。實(shí)驗

7、資料分析表明，宜根據(jù)土質(zhì)特性來選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ā?.2樁的計算寬度1．定義計算樁的內(nèi)力與位移時不直接采用樁的設(shè)計寬度（直徑），而是換算成實(shí)際工作條件下相當(dāng)于矩形截面樁的寬度b1，b1稱為樁的計算寬度。2．采用計算寬度的原因為了將空間受力簡化為平面受力，并綜合考慮樁的截面形狀及多排樁樁間的相互遮蔽作用。3．計算方法樁的計算寬度b1請按照現(xiàn)行橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(JTGD63-2007)P83~P84頁要求確定。以上的計算方法比較復(fù)雜，理論和實(shí)踐的根據(jù)也是