桩基础结构的有限元分析及应用.pdf

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1、2015年7月建材与装饰质检·研究桩基础结构的有限元分析及应用谭笑（四川大学建筑与环境学院）摘要：以有限单元法为理论基础，利用ABAQUS商业软件为手段，对桩基础的竖向极限承载力确定和分布传递情况做了研究。结合实际的工程资料，选择合理的桩土本构关系，并且模拟过程中选择位移加载的方式。其结果表明：位移加载方式要比荷载加载方式更好的确定桩的极限承载力，模拟出的Q-S曲线能够反映出实际的变化曲线；研究桩顶荷载的传递规律，做出不同荷载变化时的桩侧摩阻力和轴向力的变化曲线，对提高承载力的措施提供了依据。关键词：有限单元法；ABAQUS；位移加载法；极限承载力中图分类号：TU435文献标识码：A文章编号：

2、1673-0038（2015）27-0145-02引言Rmv（专，e，准）为控制仔面形状；e为仔面上的偏心率。222随着我国经济的发展，我国出现大量的高层、超高层建筑，也4蓸蔀1-ecos专+蓸2e-1蔀R（专，e，准）=Rmv22mc正向更高层的建筑发展，要如何保证整个建筑的质量安全已成2蓸蔀1-e2cos专+蓸2e-1蔀姨4蓸蔀1-e2（cos专）+5e-4e为一个热门话题。对于建筑物来说，其荷载的传递是楼板的荷载仔传递给次梁，由次梁传递给主梁，再由主梁传递给柱子，通过柱蓸，准蔀（4）3子传递给基础，最后由基础传递到地基上。这是整个荷载传递过3-sin准e=（5）程，要想分析结构安全对于荷

3、载传递情况有必要去分析研究[1]。3+sin准基础结构是保证整个建筑安全的重要部分，它是将上部荷载3有限元分析传递到地基的纽带。高层建筑的基础形式主要是桩基础，因此本ABAQUS是一种专门做有限单元分析的大型商业软件，能够文从分析桩基础的承载力出发，利用ABAQUS有限元分析软件对结构应力、应变以及承载力分布情况作出较为精确的分析。对研究荷载传递性状和传递过程，从而为提高工程质量安全提供于结构分析时建立模型的一般步骤为：建立模型、定义材料属研究依据[2]。根据前人研究情况来看，有限单元法是一种较其他性、装配材料、定义分析步、设置表面相互作用、设置单元划分网分析方法更好的手段，在计算精度上能够达

4、到预计效果，利用有格、提交任务后处理作业。限单元法能够分析出桩基础的承载力分布情况。为了分析桩基础在承受上部荷载时，桩的内力变化、荷载传1单桩竖向极限承载力递情况本文取一实际工程中的实例作为研究。规范中规定设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合3.1工程概况下列规定：设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确某工程高层建筑，建筑结构类型为框架结构，基础形式主要为定；设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参考地复合地基或桩基。根据工程实际勘察资料可知在勘察深度范围内，质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数场地覆盖层主要由第四系全新统、冲洪和粉土、砂土、碎石土组成，综

5、合确定，其余可通过单桩静载试验确定；设计等级为丙级的建上覆一定厚度的杂填土。试桩的力学参数：直径为600mm，长度为筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定[5]。16m，弹性模量E为28GPa，泊松比为0.25，重度为25kN/m3。各层2土的力学模型土的力学参数见表1，桩土之间相互作用的摩擦系数为0.35。表1土的力学指标本文采用Mohr-Coulomb模型（M-C模型）来模拟土的本构弹性模量E黏聚力c内摩擦角重度酌层号、名称层厚（m）泊松比滋关系，该模型适用于砂土、粉土等颗粒状材料[2]。模型屈服函数为：（MPa）（kPa）准（kN/m3）于砂土0.65100.38181014.2F=Rmc

6、q-ptan准-c=0（1）盂粉砂土2.680.36201815.2式中：准是q-p应力面上Mohr-Coulomb屈服面的倾斜角，榆粉土5.8120.34162013.6即材料摩擦角，0毅臆准依90毅；c为材料黏聚力；Rmc（专，准）控制屈服虞粉质粘土6.95150.35251715.6面在仔面的性状：3.2计算模型建立R=1sin（专+仔）+1cos（专+仔）tan准（2）该有限元分析是平面应变问题，根据对称性质，简化桩土的mc333姨3cos准空间布局，桩土取轴对称模型。上部荷载对桩较远处的土体影响3式中：专为极偏角，定义为cos（3专）=r，r第三偏应力不变量J3。可以忽略，模型计算区

7、域水平方向取30d，竖向取一倍的桩长。桩3q身周围主要是粉土和砂土等颗粒状材料，故采用Mohr-CoulombABAQUS采用连续光滑的椭圆函数作为塑性势面：塑性模型来模拟土的变形。桩选用线弹性模型。模型侧面施加水22G=姨（着c0tan准）+（Rmwq）-ptan准（3）平约束U1；底面施加水平和竖向约束U1和U2。桩土相互作用采式中：准是剪胀角；c0是初始黏聚力；着是子午面上的偏心用主从控制面