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《桩锚体系弹性支点法和三维有限元法比较与分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、岩土工程界第11卷第3期探讨与分析桩锚体系弹性支点法和三维有限元法比较与分析王启云(南华大学城市建设学院)摘要简述了弹性支点法和三维有限元法,并以衡阳市某平面形状复杂基坑支护结构为例,分别以弹性支点法中的M法以及三维有限元法对该基坑支护结构东面侧壁进行了支护桩内力和位移计算,分析比较了这两种计算结果,最后确定以三维有限元计算结果进行支护桩的配筋和锚杆的计算,取得良好效果。关键词基坑支护桩锚支护体系弹性支点法三维有限元法桩锚支护体系是一种常用的支护方式,计算方支护结构基本挠曲方程:4法较多。静力平衡法和等值梁法难以表达桩锚支护dyEI4-e
2、aikbs=0(0[z[hn)(3)体系各参数变化的要求,无法求解支护结构的位移,dz4因此逐渐被弹性支点法法取代。有限元法特别是三dyEI4+mb0(z-hn)-eaikbs=0(zhn)(4)维有限元法能模拟空间应力场和位移场,更好的反dz映基坑变形性状,因此,弹性支点法和三维有限元法式中:z)支护结构顶部至计算点的距离;hn)第n个工况基坑开挖深度;y)计算点水平变形。在实际工程中应用非常广泛。在该规程中,护结构墙后土压力采用主动土压1计算理论力(朗肯土压力),坑底面以下采用矩形土压力模(1)弹性支点法基本原理式,而墙前土体被视作
3、土弹簧,即按该规程中的314其基本原理是分离出单位长度的墙体作为支承条来来确定土压力(图1)。另外,支撑也按弹簧来考虑:在侧向地基上的弹性地基梁,将墙外土体作为土压力,坑内土体作为土弹簧,支撑作为集中弹簧。由Tj=kTj(yj-y0j)+T0j(5)于考虑到了土体的非线性特征,因此数值计算结果较为精确。4dy以弹性地基上梁挠曲线微分方程EI+bp=4dz0为依据来求解水平承载的弹性长桩地基反力系数法所用的地基反力系数同桩位移的乘积来确定,土对支护结构的抗力(地基反力)用土弹簧来模拟,地基反力的大小与挡墙的变形有关。地基反力系数:n图1弹性
4、支点法土压力计算简图Cz=kz(1)式中:z)地面或开挖面以下深度;k)比例系数;n)有了挠曲方程和边界条件,就可以求出支护结指数,反映地基反力随深度而变化的情况。当n=构的位移方程,因而可以得到位移图、剪力图及弯矩1,k用m表示,即为M法,水平地基反力:图。f=mzy(2)4(2)三维有限元:弹性法只考虑了平面的情况,式中:m)水平地基反力系数,kN#m:f)水平地基未考虑基坑支护结构的整体效应。有限元通过将土反力;y)计算点处挡墙的水平位移;z同上。和桩离散成若干个小的单元体,在分析各单元节点建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)
5、给出了力和位移的基础上求解,考虑了基坑的空间效应,同1收稿日期22007-7-2729探讨与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.3时可以考虑地基和桩体的共同作用,能模拟不同开道锚杆。图2~7中标高0100均为桩顶标高。M挖工况得出基坑外侧空间位移场,能预测支护结构法、三维有限元内力计算结果如图2~7和表2所的变形和内力动态变化。因此只要划分出单元,确示。定单元的力学特性,就可按结构分析的方法来考虑。由于单元数量的庞大,在计算时必须借助计算机。本文采用了先进的空间三维有限元程序PMSAP,结合国内规
6、范进行灌注桩的基坑支护设计。计算时对三维有限元PMSAP计算做以下基本假定:1)桩、圈梁均为线弹性体,其受力与位移成线性关系,且满足力、位移叠加原理;2)桩侧土满足Winkler假定,且地基水平抗力系数随深度线性增加,即M法;3)桩背土压力按平面问题计算,即每根桩的土压力均相图2M法第一工况内力计算结果等,且等于朗肯主动土压力。2实例分析表2内力计算结果最值表位移弯矩剪力某群楼位于衡阳市解放路南侧与蒸湘南路交汇工况/mm/kN#m/kN2处,东侧为广场路,共占地面积34787m,上部结构一M法最大值10101711815为框架剪力墙结构,
7、基础采用桩筏基础,设三层地下最小值0-59517-14213室,基坑开挖深度1411m。该基坑东面侧壁地质资三维有限元最大值0125011213最小值0-12-516料如表1,地下水位较深,不考虑地下水对支护结构二M法最大值221211324117的影响。最小值0-111418-26310三维有限元最大值71939351926611表1各层土的物理力学性质指标最小值-0194-26618-38311三M法最大值47145731659517土名厚度C/与锚固摩擦序号C/kPaU/(b)名称/mkN#m-3阻力/kPa最小值0-142211-
8、516171杂填土217181541520三维有限元最大值111529731722113最小值-1132-36016-390172粉质黏土51119122818161850103残积土2171
