荷载作用下斜坡上单桩的有限元分析.pdf

《荷载作用下斜坡上单桩的有限元分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、荷载作用下斜坡上单桩的有限元分析■王志龙一河南大学土木建筑学院。河南开封475000摘要：无论桩承载竖向荷载还是水平荷载。桩土相互协调工作非常复杂，其受力机理与桩身材料、几何特性、桩周土特性等因素有关。本文采用ABAQUS数值模拟分析结果表明：桩顶沉降量的大小主要取决于桩顶竖向荷载的大小，桩顶沉降随竖向荷载的增大而缓慢增大。随着水平荷载的增大，在加载前期(水平荷载为0到200N时)，桩顶侧移较小。在加载后期(水平荷载为200N以后)，水平侧移幅度增大。模拟桩均在距离桩端1／3段，发生了较大的侧移，在这段范围内，水平侧移量随着桩埋深增大呈现逐渐减小的趋势。在桩身0．3m一1m之间，模拟

2、桩表现出良好的锚固现象。关键词：荷载斜坡顶端数值模拟随着国民经济的高速发展，愈来愈多的人认识到城镇生活的便利，促使人口大量涌向城镇，国家的城镇化进程越来越快。而人多耕地少的国情使得城镇的土地资源越来越紧张。同时，在城镇建设及道路桥梁建设中，许多高耸结构物因工程需要而不得不建设在斜坡上。这些桩基的受力特性表现出一定的复杂性：不仅具有承重的功能，同时还兼有加固斜坡的功能。因此，在受力上表现为既承受竖向荷载又作用有水平荷载，属于复合受荷桩范畴，此类建筑物的工程安全尤为重要，一旦出现问题，将会造成严重的社会影响。因而，本文采用ABAQUS数值模拟位于斜坡顶端的桩基受力机理显得十分重要，对实际

3、建设过程起到一定作用。梁发云等⋯对单桩在竖向和水平荷载共同作用下进行了理论分析，结果表明竖向荷载对水平受荷桩的作用会使桩身弯矩增加或增大桩的侧向变形。Anagnostopoulos¨J通过模型试验研究了单桩在竖向与水平荷载作用下的相互关系。王丽[3]对天津某高层建筑工程不同垂直度的倾斜桩进行了现场载荷试验。在试验成果基础上利用有限元分析软件ABAQUS进行模拟，分析了不同垂直度、不同土质条件下桩的荷载传递及承载力受垂直度变化的规律。张建伟[41等人利用ABAQUS软件对竖向及水平荷载共同作用下斜坡上单桩进行了数值模拟，研究桩的荷载传递及变性特点。本文采用ABAQUS数值模拟对斜坡顶端

4、的基桩进行数值模拟，分析了先后依次施加竖向荷载和水平荷载对模型桩的桩顶沉降、桩顶侧移、桩身水平位移的影响，对实际工程有一定的借鉴意义。1三维有限元分析1．1模型参数及几何尺寸的确定为了减小建立几何模型的复杂程度并提高软件计算效率，可以对数值模型进行简化，建立I／2实体有限元模型。模型中土体水平方向尺寸取4000mm；竖向坡底尺寸取1000mm，坡顶取2000ram。模型桩40个单元，，桩选用线弹性模型模拟，桩长为1m，弹性模量为30000MPa，密度为2．arccm3，泊松比为0．2。模型土体共7058个单元，土体选用摩尔一库伦模型模拟，弹性模量取lOMPa，密度为1．649／cm3

5、，内摩擦角为36。。1．2荷载及边界条件的施加模型为三维实体模型，采用参考点先施加竖向荷载(300N、600N、900N、1200N)，然后逐级施加水平荷载(50N、100N、150N、200N、250N、300N、350N．400N．450N)。模型约束左右两面约束x向位移与转角，前后两个面约束Y向位移与转角，桩的对称面约束限制Y向位移和转角，模型土体底面将约束x,y、z向转角和位移，保证模型土体底面始终处于固定状态。2竖向荷载作用下单桩承载特性2．1桩顶沉降有限元分析中逐级施加竖向荷载时，桩基自身和桩周土体共同来承担上部荷载：一部分荷载通过桩土相互作用以剪应力的形式传递给桩周土体

6、，另一部分荷载是由桩端的持力层承担。因此，桩的承载和变性特点是在竖向荷载作用下桩土相互作用的结果，同时也和桩基尺寸、材料特性、桩周土性、成桩工艺等因素有关，这是一个相对复杂的相互作用过程。数值模拟过程中施加竖向荷载时对应的桩顶沉降为0．1mm、0．2mm、0．39mm、0．74ram。对于陡降型荷载一位移曲线而言，取其明显发生陡降的起始点对应的荷载值为桩的极限承载力600N。桩顶沉降量的大小主要取决于桩顶竖向荷载的大小，当竖向荷载未达到桩的极限承载力之前，桩顶沉降随竖向荷载的增大而缓慢增大；当竖向荷载达到桩的承载力之后，竖向荷载的增大对于桩顶沉降的影响显著加强。2．2桩顶水平位移在不

7、同竖向荷载作用下，桩顶水平方向同样发生了不同程度的侧移，通过有限元分析软件得到：在竖向荷载为300N、600N、900N、1200N时，对应的桩顶水平位移为0．13mm、0．12mm、0．03mm、0．05mm。随着竖向荷载的逐渐增大，桩顶侧移总体上呈现先增大后减小的趋势，我们可以发现模拟桩先发生了正向侧移，随后向反方向变化，这是由于斜坡顶端正向土压力作用所致。3水平荷载作用下单桩承载特性3．1桩顶水平位移为了研究桩顶水平荷载对桩顶侧移的影响，在桩顶逐级施