桥梁微型群桩桩土相互作用模拟分析

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1、·桥梁·桥梁微型群桩桩土相互作用模拟分析孟庆峰，王敏贤，王慧东(1．石家庄铁道大学土木学院，石家庄050043；2．石家庄铁道大学四方学院，石家庄050043)摘要：桥梁桩基、承台、土的共同作用十分复杂，桥梁微型群度要求。桩桩一土相互作用通过数值模拟方法，利用ANSYS结构分析软2．1单元模拟件，合理简化建立Drucker—Prager计算模型，采用SOLID45单元桩体和承台简化为线弹性体，土体简化为非线性计算桥梁微型群桩桩土相互作用，得出了群桩桩土的受力、变弹塑性体，采用ANSYS有限元程序中Drucker—Prager形的一般规律。并通过工程实例验证了模拟分析的正确性。模

2、型来模拟土体的非线性性能。对DP模型，其屈关键词：桥梁；微型群桩；模拟分析；ANSYS；承载力；应服面为一圆锥面，此圆锥面是六角形的摩尔一库仑屈力：变形服面的外切锥面。DP模型的优点是采用简单的方法中图分类号：U443．15文献标识码：A文章编号：l004—2954(2010)10—0084—03考虑了静水压力对屈服强度的影响，参数少，计算简单，同时也考虑了岩土材料的剪胀性。杆系有限元求得的是单元内力(轴力、剪力和弯矩)，不能具体反映1概述单元内部的应力分布情况，本文的有限元计算采用SOLID45单元，对SOLID45单元中的六面体八节点传统的桥梁群桩计算理论包括群桩承载力和群

3、桩沉降计算两部分”，这两部分在计算时互不相关。而进行网格划分情况如图1所示。用实体单元计算，获事实上，由于土的力学性质的复杂性，群桩基础的总体得的应力更能反映单元内部的应力分布情况，获得的荷载一位移曲线为缓变型，这个结论已经在理论上和实应力更能反映土体与群桩之间的相互作用。假设桩的践中都得到了证实。因此，对于群桩，尤其是桥梁微型几何尺寸为桩径d=0．2m，桩长L=10m，其他参数有泊松比=0．2，E：2．71×10kPa，密度为群桩基础，虽然总体荷载一位移曲线还处于缓变阶段，但是群桩的沉降已经不能满足上部结构变形的要求。2500kg／m。选取1．5d、2d、2．5d、3d桩间距

4、。六桩平微型群桩基础在受竖向荷载后，由于应力叠加导面布置如图2所示。土体参数的取值见表1。致桩一土体系发生变化，进行群桩桩土的相互作用分析最好的方法是试验，但对于群桩做试验是比较难实现的。因此，需要建立数值方法分析模拟群桩变化情况。以往的桥梁桩总是按支撑全部荷载而设计，忽视了连续的桥梁桩承台和全部桩之间土承载力的任何影响；因此，对于微型群桩，需要建立起基于功能要求的群桩理论分析及设计模式。计算方法首先是建立群桩及岩土体的力学模型，通过计算得到其应力场、位移图1六桩模型的网格划分场，以研究群桩的受力变形规律。2ANSYS模拟分析计算对于大多数群桩基础来说，主要是由于桩周土体出现大

5、片塑性区，使得群桩位移过大而影响结构物的使用功能，此时桩与承台仍处于弹性变形阶段。土的非线性对计算结果的影响很大，而考虑桩及承台的弹图2六桩模型的平面示意塑性对分析结果的影响较小。基于以上考虑，在对表1土体参数群桩基础进行弹塑性分析时，只考虑土的弹塑性，而假宣堕：：!!!：!：1定桩及承台处于弹性阶段，这样已足以达到工程精2000110．32732O3O252．2计算结果收稿日期：2010—04—06作者简介：孟庆峰(1973一)，男，讲师，E—mail：mqt2002924@sohu．COIn。对群桩特性进行模拟分析，每桩承受600kN荷载84铁道标准设计RAILWAYSTA

6、NDARDDESIGN2010(10)孟庆峰，王敏贤，王慧东一桥梁微型群桩桩土相互作用模拟分析·桥梁·力见表2、表3。为了便于比较和描述，均选择有代表性的最大荷载等级得出的应力、位移。从表中可以看出。(1)在同一荷载等级和桩距条件下，桩间土体的位移变化规律是：六桩的竖向位移大于单桩的竖向位移。这说明排数和桩数较多时，应力重叠效应增强，使桩间土的变形增加，从而导致竖向位移的增加。(2)在同一荷载等级和桩距条件下，桩间土体的应力变化规律与竖向位移变化规律相似。(3)在同一荷载等级和桩距条件下，对于六桩，竖向位移按由大到小排列，依次为A点、B点、c点。(4)随着桩距的增大，桩间土体的

7、变形逐渐变小，60053951446．442．053．951．046．341253850846140．9一一一一～一一～一一一一～一一一～桩间土体的应力也随之变小，这是由于相邻桩之间的之跺桩姗力一¨～¨舢相互作用随桩距增大而逐渐减弱的结果。(5)由表中可以看出，桩距为1．5d和2d时，六桩桩间土节点A、B、c点的应力为负，与桩距为2．5d和lOO一12．4—7．3126．8—17．1—942．27．727．415．41．992200—30．2一I7．630I26—362一I9．94．4I5．