基于ansys的桥台土压力有限元分析

《基于ansys的桥台土压力有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第3期2005年6月中外公路59文章编号：1671—2579(2005}03—0059—04基于ANSYS的桥台土压力有限元分析付宏渊(长沙理工大学，湖南长沙410076)摘要：以有限元软件ANSYS为计算工具，针对少(林寺)一洛(阳)高速公路桥台和台后路堤与地基特点，模拟了试验桥台的受力和边界条件，建立了平面有限元模型。通过计算，分析了桥台土压力分布规律及台背土压力随桥台位移发生变化的规律。并将有限元的分析结果与现场土压力测试结果进行了对比分析，二者吻合

2、较好。关键词：土压力；桥台；有限单元法有限单元法是结构受力分析的一个很有效的工目标面和接触面组成，这里选择台背为目标面，土为柔具，自从有限单元法被Clough和Woodward在1967性接触面。面一面接触有以下优点：支持有大滑动和年被引入到土力学中以来，许多学者在土力学的很多摩擦的大变形，允许有自然的或网格离散引起的表面方面进行了应用，并取得了很好的效果。但国内外学连续；提供为工程目的所采用的更好的接触结果，如法者对桥台土压力的有限元分析研究较少，因为它是一向应力和摩擦应力。目标面用Targe170单元来模拟

3、。个空间受力问题，对它进行有限元分析比较复杂。为柔性接触面用Contact172(3节点高阶抛物线单元)来了简化起见，本文将桥台作为一个平面应变问题考虑，模拟。定义两面初始时为无间隙接触，输入切向和法运用大型有限元分析软件ANSYS来分析，土体采用向劲度系数，然后通过相同的实常数将对应的接触单理想弹塑性的Drucker—Prager模型，接触面采用AN—元和目标单元定义为一个接触对，并假定接触面上存SYS中的面面接触模型，针对试验桥台、台后路堤和路在库仑摩擦，通过选择合理的参数可以实现台后填土基的特点建立了有限

4、元模型，计算得到桥台在不同变与台背之间粘结、滑移、脱离再闭合的状态模拟。AN—位下的土压力大小和分布。并且还将有限元方法算得SYS自动根据已输入的接触面和目标面的力学特性选的土压力分布与实测土压力分布进行了比较，结果表择合适的接触刚度，台背摩擦系数M【，按公式M【，=明两种土压力分布形状能较好地吻合。tan输入。其中为台背外摩擦角。1土与结构相互作用模拟2桥台分析模型的建立桥台和台后填土时，由于两种材料特性相差很远，为简化起见，将桥台土压力问题看作平面应变问在一定受力条件下有可能在其接触面产生错动滑移或题来考虑

5、，取出试验桥台剖面，台后填土的离散范围原开裂。为了更好地模拟实际情况，这时要设置接触面则上要达到对桥台压力基本不受影响的边界为止。按单元。在一般的有限元程序中，常用的接触面单元有经验，本文取约为桥台高的3倍即20nl。桥台自由划两节点单元、Goodman单元和薄层单元。在ANSYS分单元，采用平面六节点三角形单元PLANE2，台后填中可以处理三种接触方式：面一面接触、点一面接触和土按映射法划分单元，采用平面四节点矩形单元点一点接触。根据本文桥台试验的情况，选择面一面PLANE42。填土沿长度方向划分3O个单元，

6、沿竖向接触方式来模拟桥台背与土之间的接触。接触边界由划分2O个单元，总计600个单元。台后填土右侧限制收稿日期：2005—05—13作者简介：付宏渊，男，博士研究生，教授维普资讯http://www.cqvip.com60中外公路25卷水平向位移，允许竖向位移。填土底部设置弹簧单元台后填土底部共设置了30根弹簧单元，每根弹簧单元COMBINATION14来模拟地基土在填土重力作用下模拟的是宽1m、长2／3m的一块矩形地基，由此可的沉降，但在填土底部单元限制水平向位移。同样在以算得每根弹簧所承担的荷载：P=21．

7、5×7．68×桥台底部也设置弹簧单元COMBINATION14来模拟20／30=110kN，已知桩土应力比=7，则荷载110桥台在重力作用下的下沉。具体模型如图1所示。kN分别由桩和桩间土承受：P=P。+P=110(kN)(1)式中：为弹簧单元所模拟的地基中桩所分担的荷载；P，为弹簧单元所模拟的地基中土所分担的荷载。P。=4。(2)P=4(3)圈1桥台土压力计算模型A。／(A+A。)=m：0．5026(4)。／af==7(5)3参数的确定及边界条件的处理联立以上方程可以求得弹簧所模拟的这一面积的地基中，桩承受荷

8、载96．5kN，而桩间土承受13．5kN。3．1台后填土底部弹簧单元刚度的选取根据桩和桩间土的P～S曲线，可以得到对应荷载下台后填土底部为经过正方形布置，按1．2m×1．2的割线，它们的斜率就分别是桩和桩间土的刚度系数m浆喷桩处理形成的浆喷桩复合地基，浆喷桩直径0．8K。和K。根据以上原理求得：m。浆喷桩复合地基在台后填土的重力作用下会有一K=96．5kN／2．2mm：4．375×10