刚柔多元桩复合地基承载性能有限元分析

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1、试验研究文章编号：1009-9441（2014）05-0008-03刚柔多元桩复合地基承载性能有限元分析□□阎风翔（山西大学土木工程系，山西太原030013）摘要：采用有限元软件ABAQUS模拟刚柔多元桩复合地材料，符合广义虎克定律。基，得出其桩顶、桩身应力特点和变形规律。刚性桩承担的（2）桩底和桩周土材料相同，模拟均质地基，土荷载明显大于柔性桩承担的荷载；对于同种桩型，角桩的应体各向同性，采用弹塑性材料模拟，假定土体塑性屈力最大，边桩次之，中桩最小；沿桩身应力最大部位不在桩服服从Mohr-Coulomb屈服准则。顶，而是位于桩身的某一位置；复合地基的变形规律与承载（3）上覆均

2、布荷载一次性瞬时施加，不考虑地力规律恰好相反，桩顶处变形最大，并且群桩中心处变形最基在外荷载作用下的时间效应。大，边桩次之，角桩最小。关键词：复合地基；刚柔多元桩；ABAQUS；桩身应力；变形规律（4）桩顶与褥垫层采用绑定约束，始终保持接中图分类号：TU431文献标识码：A触不分离。1.2模型建立引言模拟一个5根桩×5根桩的刚柔组合桩型群桩多元桩复合地基与常规复合地基相比具有明显复合地基，其平面布置如图1所示，刚性桩和柔性桩优势，能够同时满足对不良地基处理的多方面的要采用等长度，桩长均为20m，桩径0.5m，桩间距为求。如碎石桩与CFG桩组合，既可以消除液化，又2.5倍桩径，刚

3、性桩和柔性桩按正方形间隔布桩方可以提高承载力；灰土桩与CFG桩组合，既可以消式，褥垫层和承台的几何中心与群桩的几何中心重除湿陷，又可以提高承载力。作为新型的地基处理合，褥垫层尺寸为8.5m×8.5m，厚度0.3m，承台方式，多元桩复合地基在工程实践中已经有所应用，尺寸7.5m×7.5m，厚度0.5m。在桩的平面布置［1-2］但其承载机理和设计理论还不成熟。本文利用范围，土的计算域为20m×20m，桩底以下土体厚ABAQUS有限元软件对刚柔多元桩复合地基进行数度取20m。值分析，研究其承载性能。模型网格划分采用八节点六面体的二次缩减积分单元，即C3D8R单元，桩体网格划分加密，模

4、型网1刚柔多元桩复合地基有限元分析模型格单元总数为60682，其中桩体单元数为13974，模1.1基本假定型边界条件为土体四周径相位移为0，底部径向和在模型建立时，为尽可能接近于真实情况又便法向位移为0，模型上覆荷载一次性施加在承台上。于计算，采用了如下假定：1.3模型计算参数（1）刚性桩、柔性桩、褥垫层和承台均为线弹性依据工程实际材料的特性，赋予模型材料参数，櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘inducedvibrationcharacteristicsofthestructuresandKeywords：fluctu

5、atingwindload；powerspectrum；reducewind-induceddisastersbynumericalwaytoharmonicsuperpositionmethod；linearfilteringmethodsimulatethefluctuatingwindload.Nearsurfacewindcharacteristicsandtheprincipleofthelinearfiltering作者简介：陈颖（1974-），男，广东普宁人，讲师，硕士，methodandharmonicsuperpositionmethodtosimulate1

6、996年6月毕业于武汉工业大学建筑工程专业，2006年1月thefluctuatingwindloadareintroducedinthispaper，硕士研究生毕业于华南理工大学建筑与土木工程专业，现从事建筑工程专业教学及研究工作。specificallythemathematicalprocessofsimulationthefluctuatingwindloadbytheharmonicsuperposition收稿日期：2014-09-10methodismainlyresearched.（编辑芋艳梅）·8·Research&ApplicationofBuildingM

7、aterials刚柔多元桩复合地基中主要靠刚性桩提高地基承载力。图1群桩布置平面图图3桩顶应力云图主要参数见表1。2.2刚性桩、柔性桩桩身应力分析表1材料参数刚性桩、柔性桩桩身应力云图如图4所示。由弹性模量泊松比重度γ粘聚力内摩擦角剪胀角图4可见，位于不同位置的刚性桩和柔性桩桩身应类别E/MPa3c/kPaν（/kN/m）φ（/°）ψ（/°）力分布规律较一致，都是沿桩身呈现先增大、后减小刚性桩250000.1672500———的特征，在桩身的某一位置处应力达到最大。分析柔性桩2000.320