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。


  1. 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。

1.png

2.png

       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.png
4.png
5.png
6.png

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

21.png

单元与实常数设置

22.png

土体材料参数设置

7.png

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。

8.png

局部放大模型。

9.png

顶板施加静力荷载。

10.png

顶板的整体位移变形云图。

11.png

仅显示桩体部分的X方向位移云图。

12.png

仅显示桩体部分的整体位移云图。

13.png

仅显示桩体部分的MISES等效应力应力云图。

14.png

仅显示桩体部分的SZ方向应力云图。

基于ANSYS的高桩码头桩-土相互作用下受力响应分析的图17

仅显示桩体部分的X方向应变云图。

15.png

土体部分的X方向变形云图。


17.png

土体部分的应变云图

18.png

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。

(12条)
默认 最新
我的模型和您的很像,竖向静载,我的接触面单元和您一样,土体和桩体都是solid185,采用edp本构,分析接触摩擦力结果,只有桩底有不同颜色摩擦力变化,桩侧接触位置是通体蓝色显示值为0。请问这是为什么
评论 点赞
请问,您分析的时候,有进行初应力平衡吗????
评论 5 点赞
回复
这个没有进行地应力平衡
评论 4 点赞
回复
那请问,您模拟的时候,有没有施加重力呢???
评论 3 点赞
查看其它3条回复 >

查看更多评论 >

点赞 18 评论 23 收藏 32
关注