桥梁桩基础有限元模型构建思路与应用

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1、第27卷第2期特种结构Vo1．27No．22010年4月April2010桥梁桩基础有限元模型构建思路与应用邢世玲1'2叶见曙姚晓励(1．东南大学交通学院南京210096；2．南京工业大学土木学院210009；3．北京市市政工程设计研究总院100082)(1．SchoolofTranportation，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China；2．ScholofCivilEngineering，NanjingUniversityofTechnology，210009，China；3．BeringGeneralMunicipalEngineeringDes

2、ign&ResearchInsititute，100082，China)[摘要]为了实现利用通用有限元程序建立桩基础有限元模型进行内力计算的目的，本文以桥梁基础规范的计算理论为指导，介绍了桩基础模型构建的思路。首先根据弹性地基梁理论，提出了用梁单元模拟基桩，把土对基桩的作用用一系列水平土弹簧和两个竖向土弹簧来模拟，并推导了土弹簧刚度的计算公式及公式中有关参数的取值方法。提出多排桩承台与桩顶连接方式的模拟，一定要能正确反应承台底面中心和桩顶的变位关系式。最后，通过一个双排桩实例来介绍这种建模方法的应用，并将模型计算结果与手算结果进行比较，发现两者误差较小，范围不超过1％，从而验证了桩基础的有限

3、元模型构建思路是正确的。[关键词]桩基础弹性地基梁弹簧刚度承台AB【RACI'：InordertoestablishthemodelofbridgeSpilesfoundationbygeneralfiniteelementsoftware，bywhichthevalueofbendingmomentandtransversedisplacementcanget，busedonthecalculationtheoryinChinesecodeforpilesfoundation，theconceptionabouthowtoestablishthefiniteelementmodelofpi

4、lefoundationisgiven．Firstly，ev—erypileinfoundationissimulatedasabeamaccordingtothetheoryofelasticfoundationbeam，andtheeffectofgroundtothepileistreatedasaseriesoflateralspringsandtwoverticalsprings．zformu~forspringstifnessarederivedandraletivelyhowtocousiderparametersisshowed．Secondly，inthefiniteele

5、mentmodel，thesimulationforthelinkbetweenpileScapandpilemustreflecttheirrelationshipcorrectly．Finally，usinganexampletointroducetheconceptionforftniteelementmodelofpilesfoundation．Comparedtheresultsfromthemodelbysoftwarewithmanualcalculation，theerorsarealltinder1％，whichprovesthattheconceptionforfinit

6、eelementmodelisreasonable．KEYWORDS：foundationElasticfoundationbeam~ringstiffnessPilescap引言理论，但并不能直接应用于桥梁桩基础的内力计桥梁设计师们基本能够熟练使用ANSYS、算，因为工程计算必须依据桥梁规范来进行。SAP、MIDAS／CIVIL、桥梁博士等有限元程序的一本文将以桥梁基础规范J采用的计算理论作种或两种进行桥梁上部结构的计算。除了专业桥为指导，研究如何在通用有限元程序(如ANSYS、梁基础设计软件外，却很少能用上述有限元软件SAP、MIDAS／CIVIL、桥梁博士等)中构建桩基础有来完成桩基础

7、的内力计算，究其原因就是桩基础限元模型，要求该模型能够准确算出在横向荷载全部或大部分是埋在地面以下，桩一土相互作用作用下的桩身各截面的弯矩和变形。问题比较复杂，边界条件不好模拟。1计算理论目前关于桩一土相互作用的分析模型很在桥梁工程中，关于桩基础的配筋设计主要多l1J，但这些分析模型主要是为了更精确地研是弯矩来控制的，而桩身各截面的弯矩值仅与横究桩一土问的相互作用性能，研究成果可能有利向荷载(弯矩和水平力)有