竖向荷载下群桩效应的有限元分析

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1、竖向荷载下群桩效应的有限元分析探讨【摘要】本文通过三维非线性有限元分析程序，对竖向荷载作用下的摩擦型群桩进行了分析，得出了桩长l、桩距s以及桩数n对群桩效应的影响关系。【关键字】竖向荷载；群桩效应；有限元分析abstract:thispaperbythethree-dimensionalnonlinearfiniteelementanalysisprogram,ontheverticalloadundertheactionoffrictionpilegroupisanalyzed,drawnpilelengthl,thep

2、ilespacingsandthenumberofpilesnthepilegroupeffect.keywords:verticalload;pilegroupeffect;finiteelementanalysis.中图分类号：[o242.21]文献标识码：a文章编号：1.概述在实际的桩基工程中，除了少量大直径单桩基础外，一般都是群桩基础。在竖向荷载作用下，大部分荷载由桩侧阻力传递到桩侧和桩端土层中，其余部分由桩端承受。竖向荷载下的群桩基础，承台、桩群、土形成一个相互作用、共同工作体系，其变形和承载力均受相互作用的影响

3、和制约[1]，这就是群桩效应。群桩承载力不等于个单桩之和，即群桩效应系数大于或小于1。影响群桩效应的主要因素，一方面是群桩自身的几何特征，包括承台的设置方式（高或低承台）、桩距、桩长及桩长与承台宽度比、桩的排列形式、桩数；另一方面是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺(挤土或非挤土)。群桩效应制约表现在摩擦型群桩，其贯入变形一般较大，再加上桩身的弹性压缩对于一般的低承台群桩，承台的协调作用将使承台底也产生1，群桩的沉降也明显超过单桩[2]。本文在已有研究的基础上，利用考虑桩土相互作用的三维非线性有限元分析程序，对竖向荷载作

4、用下的摩擦型群桩进行分析。以下是对桩长l、桩距s以及桩数n对群桩效应的影响的探讨。2.有限元分析模型及计算方案2.1计算参数的选用文中采用三维有限元程序进行模拟时，桩与承台采用线弹性的本构模型。因为大量试验表明砂土的应力应变关系呈非线性[2]，计算中桩周土体采用沙土，采用duncan-change-v非线性模型。桩体和承台混凝土选用c25，其弹性模量取ec=28000mpa，泊松比取v=0.167。假定土体泊松比不变，计算区域内为砂土。土体单元的计算参数见表1。承台厚度为0.8m，桩径d取为0.8m，采用的土体接触面单元厚

5、度t取0.02m，接触面单元的计算参数如表2。表1duncan—chang模型土体单元的计算参数表2接触面单元的计算参数2.2模型的建立桩基的计算模型由对称式实体单元组成，土体被简化为理想均质、各项同性体。桩垂直设置于土体中，土体边界设置垂直分析滑动，水平方向固定。在模拟分析中，桩体、土体均采用adina有限元模拟分析程序中solid45单元；在桩与桩间土之间设置接触单元，采用adina有限元模拟分析程序中的targe170单元、con-ta173单元组成的接触对来模拟桩土之间的接触面进行分析；桩体简化为线弹性体，土体和褥

6、垫层简为非线性弹塑性体，采用adina有限元模拟分析程序中的drucker-prager模型分析。土体模型的计算范围的长、宽、高分别为16m、16m、20m。混凝土桩和土体采用实体单元，材料采用线弹性模型。模型总计21713个节点，18816个单元。2.3计算方案的选择群桩效应系数为了分析桩长、桩径与桩周土对群桩效应系数的影响，文中在有限元分析时，采用了不同的计算方案。①研究在桩数n=3×3,桩间距s=3d条件下，桩长分别等于l=6m、12m、18m时，对群桩效应系数所产生的影响。②研究桩长l=12m，桩间距ss=3d条件

7、下，桩数分别为2×2、3×3、4×4时，对群桩效应系数所产生的影响。③研究桩长l=12m，桩数n=3×3条件下，桩距分别为s=2d、3d、4d、5d、6d时，对群桩效应系数所产生的影响。3.有限元分析3.1桩长l的影响在不同桩长时，桩的竖向承载力也不同（见图1），看以看出，桩长越长，桩侧的侧摩阻力也就越大，承载力也随之增大。从图中可以看出，随着荷载的增大，曲线越来越陡，即增大的幅度越来越小，因此不能单纯依靠增加桩长来提高桩基的极限承载力。图1不同桩长时的p-s曲线如图2为群桩效应系数与桩长的关系图，可以看出，群桩效应系数随

8、桩长的增大而减小。图2桩长与群桩效应系数的关系图3.2桩数n的影响如图3，看以看出，基桩的极限竖向承载力随着桩数的增加而减小，但幅度不大。在相同荷载条件下，桩基的沉降量却随着桩数的增加而增大，因此，单纯的考虑增加桩数来提高承载力也是不可取的。如图4为为群桩效应系数与桩长的关系图，可以看出，群桩效应系数随