地道桥结构与土相互作用的有限元分析

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1、第25卷增刊岩土力学Vol.25Supp.22004年11月RockandSoilMechanicsNov.2004文章编号：1000–7598–-(2004)增刊–0305–05地道桥结构与土相互作用的有限元分析朱建栋，杜守继，付功义(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030)摘要：借助有限元软件ANSYS来分析地道桥结构与土的相互作用，采用三维实体建模方法模拟空间范围内的地道桥结构及其周围土体。分析有无列车荷载等两种不同工况下地道桥结构的位移、应力分布规律以及由其引起的地表沉降和土体的应力变化规律。通过有限元分析可以求出结构

2、和土体的位移、应力峰值及其空间位置，为地道桥结构设计提供可靠的分析依据。关键词：有限元法；地道桥；应力场；位移场中图分类号：TB115文献标识码：AFiniteelementanalysisofinteractionbetweenunderpassbridgeandsoilZHUJian-dong,DUShou-ji,FUGong-yi(SchoolofNavalArchitecture,Ocean&CivilEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstra

3、ct:TheinteractionbetweenunderpassbridgeandsoilisanalyzedbasedonANASYSFEMsoftware.3-Dsolidmodelingisappliedtosimulatingtheunderpassbridgesaboteuranditssurroundingsoilinspace.Comparingtheanalysisunderthetwodifferentworkconditionsforthereistrainloadingornot,thedistributionsof

4、stressanddisplacementforthestructureandsoilareobtained.Thepositionsofpeakstressandpeakdisplacementwillbepointedout;anditishelpfultodesignunderpassstructure.Keywords:finiteelementmethod;underpassbridge；stressfield；displacemedfield陷，由此带来的计算误差是不容忽视的。1引言另一方面，鉴于目前地道桥设计中常存在由于当今交

5、通工程中，铁路和公路平面交叉所带来对结构所受荷载和结构周围土质特性计算不准确，的问题日益突出，比较成功的解决方法是在既有铁致使在施工过程中或者正常使用阶段内地道桥结构路线下方修建地道桥。地道桥结构的计算方法一般发生变形过大，甚至开裂或强度要求不满足等问题。有结构力学方法和有限元法等。运用常规力学方法因此，本文应用ANSYS有限元数值分析方法研究地进行地道桥结构分析时，为便于计算常常需做某些道桥结构在正常使用阶段的力学状态，通过建立三［1］假定，如计算截面面积时不考虑钢筋换算面积；维实体模型和设置接触单元来模拟地道桥结构与土在计算结构变位时忽

6、略轴力与剪力的影响，仅考虑的相互作用，得出结构及其周围土体的位移场和应弯矩的影响；不考虑角节点区域变形的影响等，这力场的分布规律,为地道桥结构的设计提供更为可些计算假定在一定程度上影响了分析结果的准确靠和准确的数据。性。而有限元法在工程设计中的运用可以获得较为2有限元计算模型的建立精确的结果，在地道桥结构的有限元分析中一般处［2-4］理方法是将地道桥视为弹性地基上的箱形结构。2.1基本假设与简化无论是运用常规力学方法还是借助于有限元软件，(1)地道桥箱体结构是与土介质形成一个连续对于地基土的模拟一般都采用Winkler地基模型，或不连续的整

7、体，两者之间存在相互作用。用无任何联系的弹簧系来模拟地基土。实际上(2)将混凝土和土介质视为两种不同特性的固Winkler地基模型存在着不能扩散应力和变形的缺体材料来分析。由于土的特殊性，本文采用岩土工收稿日期：2004-04-27基金项目：石家庄城市交通项目（世行贷款咨询项目）资助。作者简介：朱建栋，男，1979年出生，2002年毕业于南华大学，在读硕士研究生，现主要从事岩土工程数值分析研究工作。306岩土力学2004年程有限元中的总应力分析方法来计算。总应力分析不考虑强化效应，但考虑了静水压力的影响。［5］方法视土介质为固体材料，不考虑

8、土中渗流。2.3计算参数的选取(3)有限元计算采用非线性静力分析,不考虑时计算模型中需要输入的土和结构计算参数见表间效应和动力效应。1。2.2计算本构模型2.4计算范围和网格划分