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1、利用ANSYS模拟桩筏基础的有限元分析武崇福 姚 莉黄芝梅(燕山大学 秦皇岛 066004)(秦皇岛冶金设计院 秦皇岛 066004)摘 要:提出一种有限元简化模拟桩筏基础体系的计算模型,利用有限元软件ANSYS实现这一计算过程。利用此方法计算相应模型与实测结果对比,计算数据较好的反映了桩筏基础的受力机理,可为结构设计分析提供一定的参考。关键词:桩筏基础 有限元 ANSYS程序 沉降FINITEELEMENTANALYSISOFPILDEDRAFTFOUNDATIONBYANSYSWuChongfuYao
2、LiHuangZhimei(YanshanUniversityQinhuangdao066004)(QinhuangdaoMetallurgicalDesignInstituteQinhuangdao066004)Abstract:AsimplemodelforthefiniteelementanalysisofpiledraftfoundationisprosposedandthiscalculationalprocessisrealizedbythefiniteelementprogramANSYS1
3、Comparisionbetweentheanalysisandthefieldexperimentaldataismade,whichwellreflectstheforcedmechanismofpiledraftfoundation,andoffersareferenceforthedesignofstruture1Keywords:piledraftfoundationfiniteelementANSYSsettlement 随着我国高层建筑的迅速发展,桩筏基础以其承载力高,变形性能好等优点得到
4、了广泛的应用。1 桩-筏-土共同作用基本方程由于桩筏基础的受力机理的复杂性,桩土协同作用将桩筏基础结构进行有限元分割,令:{w}为及按变形控制设计等问题一直是目前研究的热点。桩土支承体系的节点竖向位移向量;{R}为相应的对于桩筏基础这样一个带有群桩的复杂三维问节点反力向量;{δ}为桩土支承体系的柔度矩阵,则题,只有应用数值分析才能有效地反映各种影响因有:素,分析其受力特性。目前工程界数值计算常用的{w}=[δ]{R}(1)方法有有限差分法、有限元法、边界元法、半解析法桩土体系的支承刚度矩阵[K-1sp]=
5、[δ]等,其中以有限元法最为成熟,应用最为广泛。目前则式(1)可写为在用有限元法分析桩筏基础的研究中由于桩-土之{R}=[Ksp]{w}(2)[1]间本构关系的差异性,大多采用接触单元使两者以零元素将式(2)中各向量和矩阵的阶数扩大有效结合,达到受力及变形协调,但是这种方法在实到与承台结构节点自由度相同,则有际工程的数值计算中所需参数较多,且很难确定,在{RŠ}=[•Ksp]{w•}(3)工程设计的实际应用中不能广泛的应用。承台的节点位移向量和荷载向量分别记为{U}本文提出一种利用有限元软件ANSYS对于
6、桩和{Q}其刚度矩阵为[K],则平衡方程为:筏基础的简化模型分析方法。将桩-筏-土都视为[K]{U}={Q}-{RŠ}(4)弹性体单元,不考虑筏板的配筋、裂缝等钢筋混凝土将式(3)代入则得到桩与土和筏板结构共同作材料的特性,三者之间直接采用节点连接达到受力、用的基本方程:变形的协调,不考虑桩-土之间的滑动及脱离。采[K+•Ksp]{U}={Q}(5)用20节点等参元模拟整个研究系统,从而对基础沉降和桩筏受力进行有效地分析。该方法避免了传统2 实例分析有限元分析中的繁琐计算,使其可以在普通的计算机中进行计算
7、分析,从而对工程的设计有一定的参第一作者:武崇福 男 1966年3月出生 硕士 副教授考价值。收稿日期:2004-08-10514IndustrialConstructionVol.35,Supplement,2005 工业建筑 2005年第35卷增刊©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.[3]H1Sommer曾对法兰克福粘土上的一幢30层高层建筑的桩筏基础进行了现场实测,该大楼是由个相互分离
8、的桩筏基础支承,每一筏板的平面尺寸为2210m×1715m,厚为215m。每一独立筏基下有42根桩,桩径019m,桩长2010m,桩间距为(310～315)d,桩基平面布置如图1所示。Sommer的文章发表时,施工正在进行,只有75%的总荷载施加于桩筏基础上,总荷载为2×241MN,则施加于每3一个独立的桩筏基础上的荷载为180175×10kN。图2 桩筏基础网格划分 从有限元计算结果中提取各级荷载下筏板的最大位移smax和
