基于﹢ANSYS﹢變截面樁受力性能分析

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1、２０１６年第３期（總第１８０期）江西建材應(yīng)用研究基于ＡＮＳＹＳ變截面樁受力性能分析■盧繼明，王飛■上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司市政公用工程設(shè)計(jì)院，上海２００１２５摘要：變截面樁是指樁身截面在樁長(zhǎng)某個(gè)范圍沿樁軸線呈線性變化的樁。本同地質(zhì)的土層，應(yīng)將地面或最大沖刷線以下ｈｍ＝２（ｄ＋１）深度內(nèi)的不文利用ＡＮＳＹＳ有限元分析軟件，依據(jù)工程實(shí)例研究，以數(shù)值模擬分析為同地質(zhì)層換算成一個(gè)平均ｍ值來(lái)替代樁基深度的ｍ值，式中ｄ為樁的主，根據(jù)不同的變截面樁基參數(shù)的取值，建立有限元分析模型，得到不同直徑。若ｈｍ深度內(nèi)含不同類型地質(zhì)為兩層時(shí)，則參數(shù)的影響下變截面樁樁身受力性

2、能及對(duì)承臺(tái)的內(nèi)力與應(yīng)力的變化趨２ｍ１ｈｉ＋ｍ２（２ｈｉ＋ｈｊ）ｈｊ勢(shì)。ｍ＝（１１）２ｈｍ關(guān)鍵詞：變截面樁數(shù)值模擬受力分析有限元模型對(duì)于樁的計(jì)算寬度換算為實(shí)際工作條件下的樁的計(jì)算截面寬度ｂ１。為改善傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)的受力性能，研究承臺(tái)在承受相同外荷載的作當(dāng)ｄ１．０ｍ時(shí)ｂ１＝ｋｆｋ（ｄ＋１）（１２）用下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更趨優(yōu)化，從而節(jié)省工程造價(jià)，本文根據(jù)實(shí)橋樁基礎(chǔ)進(jìn)行當(dāng)ｄ＜１．０ｍ時(shí)ｂ１＝ｋｆＫ（１．５ｄ＋０．５）（１３）變截面樁的受力分析，并與傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)進(jìn)行分析比較，探討變截面樁式中：ｂ１—樁基的計(jì)算寬度（ｍ），ｂ１２ｄ；的使用性能。ｋｆ—形狀換算系數(shù)：１變截

3、面樁的有限元模擬ｋ—樁間相互影響系數(shù)。基于ＡＮＳＹＳ強(qiáng)大的前處理、加載和求解及后處理功能，本文采用（２）土對(duì)樁基的作用溫克爾地基模型，運(yùn)用ＬＩＮＫ１０單元的獨(dú)特受力性能來(lái)模擬樁在土中地基土對(duì)樁基的作用分為樁側(cè)摩阻力和樁端支承力。在ＡＮＳＹＳ的作用。的模擬分析中，ｌｉｎｋ１０單元的剛度來(lái)實(shí)現(xiàn)土對(duì)樁基的作用。樁側(cè)極限１．１群樁、樁頂承臺(tái)的模擬摩阻力的計(jì)算公式為：ＡＮＳＹＳ中鋼筋混凝土有限元模型根據(jù)鋼筋的處理方式主要分為１三種，即分離式、分布式和組合式模型。本文考慮鋼筋和混凝土之間的［Ｐｚ］＝Ｕｈｎιｎ（１４）２粘結(jié)和滑移，則采用引入粘結(jié)單元的分離式模型；Ａ

4、ＮＳＹＳ中Ｓｏｌｉｄ６５單式中：Ｕ—樁身的周長(zhǎng)（ｍ），按成孔直徑計(jì)算；元被稱為三維加筋混凝土實(shí)體單元，故本模型采用Ｓｏｌｉｄ６５單元來(lái)模擬ｈｎ—樁在承臺(tái)底面或最大沖刷線以下的第ｎ層土中作用長(zhǎng)度承臺(tái)和樁基。見(jiàn)圖１１。（ｍ）；ιｎ—樁在承臺(tái)底面或最大沖刷線以下的第ｉ層土層對(duì)樁的側(cè)摩阻力。根據(jù)上式所求出樁的極限摩阻力，再根據(jù)下式求出邊界元數(shù)值ｋ′。［Ｐｚ］ｋ′＝（１５）△式中：△—相對(duì)位移值（ｍ），隨土的性質(zhì)不同而取相應(yīng)的值，一般?。叮恚碜笥业臄?shù)值。２變截面樁的計(jì)算分析依據(jù)安徽省符夾線接線橋梁１２號(hào)橋墩傳下的荷載作用為實(shí)際工程背景。橋址處的地質(zhì)土層為沖積黃土

5、狀土、砂性土、圓礫土。變截面圖１１樁和承臺(tái)的模擬樁的樁身及承臺(tái)采用Ｃ３０混凝土，變截面樁主受力鋼筋采用直徑為１．２樁基中普通鋼筋的模擬２５ｍｍ，箍筋直徑為１２ｍｍ的ＨＰＢ４００鋼筋。利用有限元分析法建立鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型主要包括三種方式：本次變截面樁受力性能模擬計(jì)算，分析了６組不同樁間距的變截組合式、分離式和整體式。根據(jù)樁基的實(shí)際受力，本文采用分離式建模面樁，依次為４０ｍ、５０ｍ、５５ｍ、６０ｍ、６５ｍ、７０ｍ。根據(jù)ＡＮＳＹＳ計(jì)算方式，用ｌｉｎｋ８單元來(lái)模擬基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋，該單元為３Ｄ桿單元，，ＡＮＳＹＳ分析結(jié)果，本文以變截面樁基礎(chǔ)的承臺(tái)第一主

6、拉應(yīng)力和樁身的第一主中該單元用以模擬承受軸向拉壓，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)含有沿節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系ｘ、ｙ、ｚ壓應(yīng)力及第一主拉應(yīng)力隨著樁頭直徑、樁間距的變化情況，并將變截面方向的平動(dòng)自由度。見(jiàn)圖１２。樁的分析結(jié)果與同條件等截面樁的結(jié)果進(jìn)行比較，得出結(jié)論。見(jiàn)表１。表１變截面樁樁身參數(shù)變截面樁頭直徑樁底直徑樁頭角變截面樁等截面樁樁編號(hào)ｄ１（ｍ）ｄ２（ｍ）度α（）頭高ｈ１（ｍ）身高度ｈ２（ｍ）１１６０１００８５３２００３５０２１９０１００１２６８２００３５０３２２０１００１６７０２００３５０４２４０１００１９２９２００３５０５２７０１００

7、２３０３２００３５０圖１２樁內(nèi)鋼筋的模擬６３００１００２６５７２００３５０１．３基ＡＮＳＹＳ的樁土作用效應(yīng)模擬７３４０１００３０９６２００３５０（１）地基土彈簧剛度的計(jì)算８３９０１００３５９４２００３５０根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＪＴＧＤ６３－２００７）非巖石９４４０１００４０３６２００３５０類土的ｍ值和ｍ０值。對(duì)于地基土彈簧剛度計(jì)算時(shí)，若樁基側(cè)面為不·６·２１承臺(tái)的第一主拉應(yīng)力力較為有利。利用ＡＮＳＹＳ進(jìn)行有限元數(shù)值分析得到上述變截面樁基礎(chǔ)與同條２．２樁身的第一主壓應(yīng)力件的等截面樁基礎(chǔ)的承臺(tái)第一

8、主拉應(yīng)力變化云圖，如下圖所示：（１）樁基樁身的第一主壓應(yīng)力云圖①等