基于ANSYS的高桩码头桩-土相互作用下受力响应分析
本次推送算例以一处高桩码头考虑桩-土相互作用收静载作用下的分析。
研究桩体工作形状是对基桩竖向力学行为分析的前提。桩体与周围土体的刚度相差很大,一般在两者的界面处不满足变形协调条件,次数就需要解除单元来进行处理。因此,从桩-土相互作用的角度出发,研究桩体-土体的荷载传递方式和桩、土层材料对基桩竖向承载性能的影响,对正确评价桩基竖向承载能力具有重要意义。
桩-土相互作用中所采用的单元
由于土体本身的复杂性、土层材料的非线性,土体与结构之间的摩擦相互作用产生非连续的变形,从而使得求解变得更加困难。目前常见的接触面处理的方式有:(1)直接法;(2)接触力学法;(3)接触面单元法,即在两相邻接触物体边界上,引入接触面单元,在相邻接触物体间起过渡作用,通过增量和迭代手段调整单元本构模型中的参数,模拟其应力-应变关系,该方法操作简单,概念清晰,易于实现。
ANSYS中对于3D接触单元设置,采用面-面接触的方式。通常将刚性物体的面,作为目标面,即Targe170单元,对于柔性物体的表面,当做接触面,常采用Conta173单元。
有关接触单元和目标单元的控制选项与输出,详情可去参考王新敏老师的《ANSYS结构分析单元与应用》一书,里面总结的非常详细,对于每个参数的取值与物理含义都解释的面面俱到。
在实际工程中,桩土相互作用接触面的摩擦系数选取比较复杂,它与桩侧表面的粗糙程度有关,当破坏面主要由土体的抗剪强度控制时,摩擦系数可能是较大的。一般混凝土桩,对粘性土的摩擦系数为0.25~0.4;对砂土的摩擦系数为0.5~1.0。--以上内容,部分节选自博士论文《高桩码头桩竖向荷载下静动力行为研究》
2. 桩周土体材料参数--理想弹塑性本构DP
3. 实际算例-仅供参考
采用实体单元solid65来模拟桩体,实体45单元来模拟周围土体。采用conta173和targe170来设置接触摩擦。具体材料参数见下图
单元与实常数设置
土体材料参数设置
建立桩-土体的几何模型,为便于网格划分规整,通常要对模型进行切分、细分,以保证划分网格尽量美观。
局部放大模型。
顶板施加静力荷载。
顶板的整体位移变形云图。
仅显示桩体部分的X方向位移云图。
仅显示桩体部分的整体位移云图。
仅显示桩体部分的MISES等效应力应力云图。
仅显示桩体部分的SZ方向应力云图。
仅显示桩体部分的X方向应变云图。
土体部分的X方向变形云图。
土体部分的应变云图
土体表面、桩体四周的塑性应变云图。
还可以通过编程提取桩身(实体单元)的轴力和弯矩,进行绘制。
必须要说明的是,当考虑土体与桩的共同作用时,所选取土体的参数对于结果的影响很大。土体的性质十分复杂,计算的参数的取值往往也比较困难。一般情况下,要利用现场实测资料初步确定土体的材料参数,通过计算结果与实验的结果进行对比修正土体参数;若直接根据实测资料确定土体参数,就需要仔细评判结果的正确性与合理性。
查看更多评论 >