橋梁微型群樁樁土相互作用模擬分析

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1、·橋梁·橋梁微型群樁樁土相互作用模擬分析孟慶峰，王敏賢，王慧東(1．石家莊鐵道大學土木學院，石家莊050043；2．石家莊鐵道大學四方學院，石家莊050043)摘要：橋梁樁基、承臺、土的共同作用十分復雜，橋梁微型群度要求。樁樁一土相互作用通過數(shù)值模擬方法，利用ANSYS結構分析軟2．1單元模擬件，合理簡化建立Drucker—Prager計算模型，采用SOLID45單元樁體和承臺簡化為線彈性體，土體簡化為非線性計算橋梁微型群樁樁土相互作用，得出了群樁樁土的受力、變彈塑性體，采用ANSYS有限元程序中Drucker—Prager形的一般規(guī)律。并通過工程實例驗證了模擬分析的正確性。模

2、型來模擬土體的非線性性能。對DP模型，其屈關鍵詞：橋梁；微型群樁；模擬分析；ANSYS；承載力；應服面為一圓錐面，此圓錐面是六角形的摩爾一庫侖屈力：變形服面的外切錐面。DP模型的優(yōu)點是采用簡單的方法中圖分類號：U443．15文獻標識碼：A文章編號：l004—2954(2010)10—0084—03考慮了靜水壓力對屈服強度的影響，參數(shù)少，計算簡單，同時也考慮了巖土材料的剪脹性。桿系有限元求得的是單元內力(軸力、剪力和彎矩)，不能具體反映1概述單元內部的應力分布情況，本文的有限元計算采用SOLID45單元，對SOLID45單元中的六面體八節(jié)點傳統(tǒng)的橋梁群樁計算理論包括群樁承載力和群

3、樁沉降計算兩部分”，這兩部分在計算時互不相關。而進行網(wǎng)格劃分情況如圖1所示。用實體單元計算，獲事實上，由于土的力學性質的復雜性，群樁基礎的總體得的應力更能反映單元內部的應力分布情況，獲得的荷載一位移曲線為緩變型，這個結論已經(jīng)在理論上和實應力更能反映土體與群樁之間的相互作用。假設樁的踐中都得到了證實。因此，對于群樁，尤其是橋梁微型幾何尺寸為樁徑d=0．2m，樁長L=10m，其他參數(shù)有泊松比=0．2，E：2．71×10kPa，密度為群樁基礎，雖然總體荷載一位移曲線還處于緩變階段，但是群樁的沉降已經(jīng)不能滿足上部結構變形的要求。2500kg／m。選取1．5d、2d、2．5d、3d樁間距

4、。六樁平微型群樁基礎在受豎向荷載后，由于應力疊加導面布置如圖2所示。土體參數(shù)的取值見表1。致樁一土體系發(fā)生變化，進行群樁樁土的相互作用分析最好的方法是試驗，但對于群樁做試驗是比較難實現(xiàn)的。因此，需要建立數(shù)值方法分析模擬群樁變化情況。以往的橋梁樁總是按支撐全部荷載而設計，忽視了連續(xù)的橋梁樁承臺和全部樁之間土承載力的任何影響；因此，對于微型群樁，需要建立起基于功能要求的群樁理論分析及設計模式。計算方法首先是建立群樁及巖土體的力學模型，通過計算得到其應力場、位移圖1六樁模型的網(wǎng)格劃分場，以研究群樁的受力變形規(guī)律。2ANSYS模擬分析計算對于大多數(shù)群樁基礎來說，主要是由于樁周土體出現(xiàn)大

5、片塑性區(qū)，使得群樁位移過大而影響結構物的使用功能，此時樁與承臺仍處于彈性變形階段。土的非線性對計算結果的影響很大，而考慮樁及承臺的彈圖2六樁模型的平面示意塑性對分析結果的影響較小?；谝陨峡紤]，在對表1土體參數(shù)群樁基礎進行彈塑性分析時，只考慮土的彈塑性，而假宣墮：：!!!：!：1定樁及承臺處于彈性階段，這樣已足以達到工程精2000110．32732O3O252．2計算結果收稿日期：2010—04—06作者簡介：孟慶峰(1973一)，男，講師，E—mail：mqt2002924@sohu．COIn。對群樁特性進行模擬分析，每樁承受600kN荷載84鐵道標準設計RAILWAYSTA

6、NDARDDESIGN2010(10)孟慶峰，王敏賢，王慧東一橋梁微型群樁樁土相互作用模擬分析·橋梁·力見表2、表3。為了便于比較和描述，均選擇有代表性的最大荷載等級得出的應力、位移。從表中可以看出。(1)在同一荷載等級和樁距條件下，樁間土體的位移變化規(guī)律是：六樁的豎向位移大于單樁的豎向位移。這說明排數(shù)和樁數(shù)較多時，應力重疊效應增強，使樁間土的變形增加，從而導致豎向位移的增加。(2)在同一荷載等級和樁距條件下，樁間土體的應力變化規(guī)律與豎向位移變化規(guī)律相似。(3)在同一荷載等級和樁距條件下，對于六樁，豎向位移按由大到小排列，依次為A點、B點、c點。(4)隨著樁距的增大，樁間土體的

7、變形逐漸變小，60053951446．442．053．951．046．341253850846140．9一一一一～一一～一一一一～一一一～樁間土體的應力也隨之變小，這是由于相鄰樁之間的之跺樁姍力一¨～¨舢相互作用隨樁距增大而逐漸減弱的結果。(5)由表中可以看出，樁距為1．5d和2d時，六樁樁間土節(jié)點A、B、c點的應力為負，與樁距為2．5d和lOO一12．4—7．3126．8—17．1—942．27．727．415．41．992200—30．2一I7．630I26—362一I9．94．4I5．