上拔荷载作用下等截面桩承载性状数值模拟

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1、上拔荷载作用下等截面桩承载性状数值模拟:利用轴对称模型对等截面桩进行承受上拔荷载作用的有限元模拟.通过数值模拟研究桩的承载性状，包括桩的上拔位移、荷载传递特性和桩侧摩阻力的发展，并分析桩底部土体的局部应变以及土体位移场的分布.研究发现，在达到极限上拔荷载时，桩端周围土体出现剪应变方向相反的两个区域并形成剪切带，桩周土体的位移场逐渐呈倒锥形分布.己的信息，关键词：桩；上拔荷载；有限兀；荷载传递；桩侧摩阻力；位移场:TU473.1:0241.82ANumericalsimulationforbearingperformanceofuniform-sectio

2、npileunderupliftloadingLIUWenbai,DENGYibing,JIANGJianping(Transport&CommunicationsCollege,ShanghaiMaritimeUniv.,Shanghai200135,China)Abstract：Numericalsimulationoffiniteelementforpileunderupliftloadingisdonebyaxisymmetricmodel.Thebearingperformanceofpileisstudied,includinguplifti

3、ngdisplacement,loadtransfer,anddevelopmentofsideresistance.Thestrainofsoilneartheedgeofpileanddistributionofdisplacementfieldarcstudied.Itisfoundthattwoareasoccursneartheedgeofpileinshearstrainanditsreversedirectionandshearbandcomesintobeingwhenupliftingloadisuptolimit,andtheshap

4、edistributionofdisplacementfieldbecomesinverseconegradually.Keywords:pile;upliftloading;finiteelement:loadtransfer;sideresistance;displacementfield0引言设计重大工程项0时都要考虑基础所受的上拔荷载作用.水的浮力、膨胀土的膨胀力、冻土的冻胀力以及各种水平作用力都会引起基础的上拔荷载，研究基础抗拔问题对基础抗拔设计计算有着重要意义.抗拔桩广泛应用于基础工程中，如工民建、桥梁、码头、海洋工程等，国内外学者一般都是对

5、桩基础进行大量抗拔试验来研宄其抗拔机理[1-3].因试验控制条件易受外界环境的限制和影响，对试验的测试点设置也有限，所以只能获得一些特征点的试验数据，同时试验装置和测试仪器的安装条件随着试验的进展而改变，会对试验数据产生一定误差.数值模拟能够克服试验的这些缺陷[4-6]，并对所研究问题进行反复模拟计算.有限单元法在数值模拟方法中应用最广泛，随着计算机技术的发展，广泛应用于岩土领域，研究桩土相互作用及桩基础承载性能.但有限元分析结果的准确性取决于单元的类型、计算模型的建立、材料本构模型的选用以及本构模型中参数的确定等，所选用的参数不仅要适用于极限状态，而且

6、还要适用于整个变形过程.本文对有限元数值模拟研究桩基础抗拔问题进行探讨.采用有限元二维轴对称模型模拟等截面桩受上拔荷载作用下的承载性状，在桩土界面间使用接触单元，较好地模拟出桩土间的相互作用.这种模拟方法是对数值模拟抗拔问题的一种尝试，可为今后运用数值模拟技术研究此问题提供参考.1存限元数值模拟天然地基土为半无限空间体，模拟时须取足够大的计算边界以消除边界影响.根据RANDOLPH和WROTH[7]的研宄，在桩侧距离桩轴n?D（n-8^15,I〕为桩的直径，n随桩顶竖向荷载水平和土性而变）处剪应变减小到0.在数值模拟桩土作用时，模型的轴向边界取桩长的2倍

7、，径向方向取桩直径的20倍.采用桩的尺寸为：直径0.5m，桩长10m.考虑到桩土模型的对称性和有限元计算时间，采用以桩为对称轴的有限元二维轴对称桩土计算模型进行分析.对称轴的边界条件为:约束垂直于对称轴方向的位移；模型上表面为自巾边界，土侧和土的底部取为固定支座，施加竖向和径向约束条件，两个方向的约束为0.桩采用四节点实体单元模拟，土体采用六节点实体单元模拟，能够模拟塑性、膨胀、蠕变、应力硬化、大变形和大应变.由于在整个分析过程中桩不会发生塑性变形，因此把桩视为线弹性材料处理，物理参数见表1.桩土间采用面面接触单元的有限元模型，与Goodman单元（即无

8、厚度节理单元）模型相比具有丼优越性.Goodman单元模型虽然能模拟接触面的相对