横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度

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1、万方数据2010年第31卷第4期中北大学学报(自然科学版)Voi．31No．42010(总第132期)JOURNALOFNORTHUNIVERSITYOFCHINA(NATURALSCIENCEEDITION)(SumNo．132)文章编号：1673—3193(2010)04—0383—06横向荷载作用下桩一土耦合系统的土弹簧刚度曾庆敦，甄圣威(华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640)摘要：为了较准确地计算横向荷载作用下桩一土耦合系统的土弹簧刚度，首先基于Mindlin公式得到了力与变形量之间的关系，导

2、出了土弹簧刚度与深度以及土体参数之间的关系．由于公式较复杂，故采用Matlab软件编制程序，计算了各弹簧单元的刚度系数，最后使用ANSYS软件计算了在此弹簧刚度系数下桩的变形及各弹簧的压力．通过与常用的基于Boussinesq解导出弹簧刚度的计算结果比较，两种方法所求出的桩体位移吻合较好．结果表明：采用Mindlin导出的位移解能更准确地确定土弹簧刚度系数．关键词：基桩；横向荷载中图分类号：TU473．1；土弹簧；刚度；桩一土耦合系统；有限元法文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1673—3193

3、．2010．04．014SoilSpringStiffnessofSoil—PileCouplingSystemunderTransverseLoadZENGQing—dun，ZHENSheng-wei(SchoolofCivilEngineeringandTransportation，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)Abstract：Inordertoaccuratelycalculatethestiffnessofsoilsprin

4、gforpile—soilcouplingsystemundertransverseload。therelationbetweenforceanddisplacementwasfirstlyobtainedbyusingMindlin’Sformulaandtherelationbetweenthestiffnessofsoilspringanddepthaswellasparametersofsoilwasderived．Becauseofthecomplexityoftheformula，aprogramof

5、Matlabsoftwarewhichcandisplayspringstiffnesswasworkedoutdirectly．Atlast，thedeformationofpileandthepressuresonallsoilspringswerecalculatedwithANSYS．BycomparingwiththeresultsbasedonBoussinesq’Ssolution，thedisplacementsofpliescalculatedbytwomethodsarerelativelyc

6、oincident．TheresultsshowthatthestiffnesscoefficientsofsoilspringcanbeaccuratelydeterminedbyusingMindlin’Sformula．Keywords：pile；transverseload；soilspring；stiffness；pile—soilcouplingsystem；finiteelementmethodO引嗣随着现代科技的进步，大型建设工程的兴建，桩基础所受的水平荷载也越来越大，校核桩顶位移和土体抗力的必要

7、性也凸显出来．但由于岩土材料本身本构关系的复杂性，以及桩一土耦合结构接触面上应·收稿日期：2010-04—03基金项目：华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室资助项目作者简介：曾庆敦(1956一)，男．教授．主要从事工程力学、复合材料力学研究万方数据384中北大学学报(自然科学版)2010年第4期力分布的复杂性，导致使用有限元软件很难模拟出这种耦合结构的实际情况．土弹簧法是工程中的一种常用方法，只要选择的土弹簧个数合适，使用土弹簧的弹力来代替土体抗力就是一种切实可行且非常简便的方法，但关键问题是如何确定土弹簧的

8、刚度系数．已知的确定土弹簧刚度系数的方法有很多，大多是假设一种水平地基反力系数与深度的关系[1。2]．这些方法或者随深度线性增大(比如现行的桥梁桩基规范推荐在一定桩顶位移范围内使用的“m”法[3])，或者不随深度变化H]．P—Y曲线法[5-6]是引用国外的方法，考虑了土的非线性，并且不受桩顶位移的限制，但该法在参数选取和数值计算方面都存在一定的难度，故可操作性差．这些方法