悬臂式板桩入土深度的ANSYS数值模拟_张深

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1、第12卷第24期2012年8月科学技术与工程Vol.12No.24Aug．20121671—1815(2012)24-6232-04ScienceTechnologyandEngineering2012Sci.Tech.Engrg.建筑技术悬臂式板桩入土深度的ANSYS数值模拟张深管人地(河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098)摘要板桩作为一种挡土支护结构，常用在码头、船闸以及基坑开挖等工程中，因此存在一个板桩入土深度的设计问题。现有的计算方法不考虑墙与土之间的实际变形情况和其对土压力的大小与分布的影

2、响，存在一些不可忽视的缺陷。采用ANSYS有限元软件对悬臂式板桩进行了三维实体数值模拟，得到了板桩位移，并分析得出其入土深度，计算结果符合实际情况，这为悬臂式板桩结构入土深度的设计校核提供了可靠的参考数据。关键词板桩入土深度三维实体ANSYS中图法分类号TU473.11;文献标志码A在码头、桥闸以及基坑开挖等工程中，有时采经逐步在水运工程中得到应用。本文采用ANSYS用悬臂式板桩来挡御板桩后的填土，会得到土方开有限元软件对悬臂式板桩进行三维有限元模型分挖量少、投资省、施工简便的方案。这类板桩除要析，得到了板桩位移

3、，并分析得出其入土深度，为悬求有足够的强度外，其稳定还需靠板桩下部耐侧之臂式板桩结构入土深度的设计校核提供了可靠的土壤将其牢牢钳固，否则将被板桩后的填土所产生参考数据。的侧压力将其推向外倾而造成事故，因此必然存在1ANSYS分析悬臂式板桩入土深度的基本一个入土深度的设计问题。关于板桩墙按稳定性思想要求所需入土深度的计算，通常是在极限地基反力假定下进行的，例如弹性线法、自由支撑法、等值梁本文采用ANSYS有限元软件，通过试算(即先［1］假定一个入土深度，分别模拟计算不同假定的入土法、曲线计算法等。上述方法都是在板桩

4、墙两侧为极限主、被动土压力分布下，与外荷载一起按保深度下悬臂式板桩结构整体水平位移情况)，根据持稳定求出板桩的入土深度。由于不考虑墙与土计算结果，选取一个指标(板桩墙墙前泥面处水平之间的相互作用和其对土压力的大小与分布的影位移)来确定板桩入土深度。响，因此存在一些不可忽视的缺陷。如墙侧所受地根据不同入土深度下，ANSYS数值模拟的板桩基反力达到极限被动土压力时，此时墙的变形要相墙墙前泥面处水平位移值，绘制板桩墙墙前泥面处当大，这在使用上是不允许的。而且随着板桩入土水平位移与入土深度的关系曲线，根据曲线走势来判断板

5、桩墙的入土深度。深度的增加其变形会逐渐减小，所受的土抗力应逐渐变小，不会像极限被动土压力那样不断增大。这2ANSYS分析过程些缺陷有可能存在着失稳危险。本文悬臂式板桩结构图如图1所示，为方便建ANSYS作为一款强大的数值计算软件，目前已立模型，模型中土层为均质土，且不考虑地下水位2012年4月26日收到，5月18日修改的影响。ANSYS有限元模型的计算宽度取单宽1第一作者简介:张深(1986—)，男，工学硕士，研究方向:港口、航米进行建模模拟计算，板桩墙左侧土体水平方向长道工程结构设计。E-mail:zs5829

6、72181@126.com。度取板桩整个高度的1.5倍建模，板桩墙右侧土体水平方向长度取板桩入土深度的1.5倍建模，板桩24期张深，等:悬臂式板桩入土深度的ANSYS数值模拟6233桩尖以下土体高度取1.0倍的入土深度建模。采用σy槡3(3－sinφ)C=(2)ANSYS数值模拟时所取板桩入土深度分别为:3m、6cosφ4m、5m、6m、7m、8m。式中，σc－σtβ=(3)槡3(σc+σt)2σcσtσy=(4)槡3(σc+σt)其中σc、σt分别为受压屈服应力和受拉屈服应力。2.2.3Drucker-Prag

7、er模型屈服准则对于D-P材料，其等效应力的表达式为:1/21T图1悬臂式板桩结构断面图σc=3βσm+[{S}［M］{}S](5)22.1模型单元的选取式(5)中，σm=(σx+σy+σz)/3为平均应力(静水板桩墙和土体均采用8节点Solid45实体单元，压力);{S}为偏应力;β为材料常数;［M］为Mises每个节点具有X、Y、Z三个方向的自由度。该单元屈服准则中的［M］。体具有塑性、膨胀、流变、应力强化和大应变的能材料常数的表达式如下:力。板桩的本构模型为线弹性模型，土的本构模型2sinφβ=(6)为D-

8、P模型。槡3(3－sinφ)［2］2.2Drucker-Prager本构模型屈服准则的表达式如下:2.2.1Drucker-Prager本构模型简介6Ccosφσy=(7)D-P模型是理想弹塑性模型，既可以使用相关槡3(3－sinφ)联流动法则，也可以使用不相关联流动法则。理想则最后屈服准则的表达式为:1/2弹塑性即应力达到屈服极限以后，应力不再增大，1TF=3βσm+[