资源描述：
《悬臂式挡土墙的有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、悬臂式挡土墙的有限元分析梁学文1 刘 倩2(1.广州市纬纶建筑设计顾问有限公司,广东 广州 510080;2.广州市东建建筑设计院,广东 广州 510180)摘 要:以较为严密的力学理论——有限元法对悬臂式挡土墙进行分析,寻求在工作荷载条件下的土压力分布情况,得到了一些初步成果,并提供了一种简化的计算方法.关键词:悬臂式挡土墙; 有限元分析; 土压力; 非线性弹性模型中图分类号:TU476+.4 文献标识码:A 文章编号:100025730(2003)02200992041 悬臂式挡土墙尺寸的确定给定墙高后,墙的其余各部位尺寸既要使结构具有足够的稳
2、定性,同时也要满足建筑规范的各种要求.通过参考规范和文献[1]提供的计算方法,作者确定了墙体的尺寸(图1).图1 挡土墙的几何尺寸及土的参数2 非线性有限元理论2.1 基本方程挡土墙问题属于平面应变问题,在非线性分析过程中,荷载以增量的形式施加于变形体,产生的位移和应变及应力也以增量的形式表达.有限元法中,以节点位移作为未知数,用形函数把节点位移与单元位移、应变及应力联系起来[2].作者选用6节点和8节点的等参单元形函数.2.2 弹性增量理论在完全弹性的各向同性体中,应力和应变的关系符合虎克定律.但土体并非线性材料,即E和Λ都不是常数,故假定虎克定律适用于应力增量
3、与应变增量间.按照弹性增量理论建立起来的土的应力-应变关系称为土的非线性弹性模型,可分为双曲线型、对数曲线型、样条函数型等,应用得较为广泛的是双曲线型,即E-Λ模型.3 E-Λ非线性弹性模型1970年,邓肯2张根据试验结果提出了应力应变关系呈双曲线变化的土体的剪应力q与轴向应变Εa的计算模型.3.1 确定初始切线模量Ei及切线泊松比Λi对于固结压力Ρ3,在第一级荷载增量作用前,若取Ρ3=0,从而Ei=0,Λ无意义,显然这是不合理的.文献[4]在有限元分析时把土的自重应力状态作为初始状态,采用初始主应力的平均值作为Ρ3来计算Ei及.基土可以看作是K0固结状态,按上述
4、方法确定ΛΡi3.但由于填土处于欠固结状态,乘以一个调整系数0.75来确定Ρ3.3.2 土的拉坏和剪切修正在增量计算中,常会出现某些单元的计算应力处于破坏状态.一种是拉应力已超过土的抗拉强度而破坏;另一种是大小主应力差太大,构成的莫尔圆超过库仑强度包罗线而剪坏.对于这两种情况,均应予以修正[6].拉裂修正认为土的抗拉强度为零;剪切修正假定修正前后主应力之和不变,即两摩尔圆同心.4 土与墙接触面的计算模型为了考虑土与墙面之间真实的应力应变关收稿日期:2003204215.作者简介:梁学文(19772),男,助理工程师;广州,广州市纬纶建筑设计顾问有限公司(51008
5、0).系,在接触面处增设无厚度的一维单元点连接,单元沿墙高布置,单元的两端与土和墙体的单元节点连接.邓肯2张假定接触面单元中应力和位移的关系符合Σs=Ks·∃u,(1)Ρn=Kn·∃v式中,Σs及Ρn分别为单元中的剪应力和法向应力;∃u及∃v分别为单元两边的切向位移差和法向位移差;Ks及Kn分别为接触面单元的切向刚度系数和法向强度系数,可通过剪切试验测定.经过推导[3],可得出以下公式sKs=Ksi(1-RfΣ)2.(2)ΡntgΔ+c当正应力Ρn为负值时,接触面将被拉开,此时Kn≈Ks取极小值(如取Ks=≈0,故计算中Ks1);当正应力为正值时,Ks按式(2)计
6、算.为了避免在受压时单元节点产生所谓“嵌入现象”,Ks通常取很大的值(如取Ks=107).5 材料参数及模型的建立a.土的本构模型(E-Λ模型)中的8个参数见表1和表2.表1 填土的Duncan模型参数KnRfc�kN·m-2Υ(o)DFG60000.60.6503350.120.38表2 基土的Duncan模型参数KnRfc�kN·m-2Υ(o)DFG120000.50.80304.30.230.54 b.土与墙的界面模型(CloughG.W.——Duncan模型)中的参数见表3.表3 界面参数K1nc-2RfΧw-3Pa-2Δ�kN·m�kN·m�kN·m2
7、000000.7820°00.8710100 c.填土和基土的重度及静止侧压力系数参见图1..挡土墙为C25混凝土,容重为22kN�,弹性模量E=2.55×106m,泊松比=0.2.dm2N�2Λ2.本文涉及到的大气压Pa=100kN�.em由于挡土墙及填土截面不变,而墙又较长,所以应按平面应变问题进行分析,取计算长度为1m,基土以8节点等参单元来模拟,土与墙体的界面以6节点等参单元来模拟.建立如下坐标系:原点位于墙体的左侧面与下表面的交界处,连续体的离散范围原则上要达到对挡土墙的压力不受影响的边界为止,但实际上填土的范围达到墙高的1.5～2.0倍就够了[1].
8、本文中挡土
