基于﹢ANSYS﹢变截面桩受力性能分析

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1、２０１６年第３期（总第１８０期）江西建材应用研究基于ＡＮＳＹＳ变截面桩受力性能分析■卢继明，王飞■上海城建市政工程（集团）有限公司市政公用工程设计院，上海２００１２５摘要：变截面桩是指桩身截面在桩长某个范围沿桩轴线呈线性变化的桩。本同地质的土层，应将地面或最大冲刷线以下ｈｍ＝２（ｄ＋１）深度内的不文利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件，依据工程实例研究，以数值模拟分析为同地质层换算成一个平均ｍ值来替代桩基深度的ｍ值，式中ｄ为桩的主，根据不同的变截面桩基参数的取值，建立有限元分析模型，得到不同直径。若ｈｍ深度内含不同类型地质为两层时，则参数的影响下变截面桩桩身受力性

2、能及对承台的内力与应力的变化趋２ｍ１ｈｉ＋ｍ２（２ｈｉ＋ｈｊ）ｈｊ势。ｍ＝（１１）２ｈｍ关键词：变截面桩数值模拟受力分析有限元模型对于桩的计算宽度换算为实际工作条件下的桩的计算截面宽度ｂ１。为改善传统桩基础的受力性能，研究承台在承受相同外荷载的作当ｄ１．０ｍ时ｂ１＝ｋｆｋ（ｄ＋１）（１２）用下结构设计更趋优化，从而节省工程造价，本文根据实桥桩基础进行当ｄ＜１．０ｍ时ｂ１＝ｋｆＫ（１．５ｄ＋０．５）（１３）变截面桩的受力分析，并与传统的桩基础进行分析比较，探讨变截面桩式中：ｂ１—桩基的计算宽度（ｍ），ｂ１２ｄ；的使用性能。ｋｆ—形状换算系数：１变截

3、面桩的有限元模拟ｋ—桩间相互影响系数。基于ＡＮＳＹＳ强大的前处理、加载和求解及后处理功能，本文采用（２）土对桩基的作用温克尔地基模型，运用ＬＩＮＫ１０单元的独特受力性能来模拟桩在土中地基土对桩基的作用分为桩侧摩阻力和桩端支承力。在ＡＮＳＹＳ的作用。的模拟分析中，ｌｉｎｋ１０单元的刚度来实现土对桩基的作用。桩侧极限１．１群桩、桩顶承台的模拟摩阻力的计算公式为：ＡＮＳＹＳ中钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为１三种，即分离式、分布式和组合式模型。本文考虑钢筋和混凝土之间的［Ｐｚ］＝Ｕｈｎιｎ（１４）２粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；Ａ

4、ＮＳＹＳ中Ｓｏｌｉｄ６５单式中：Ｕ—桩身的周长（ｍ），按成孔直径计算；元被称为三维加筋混凝土实体单元，故本模型采用Ｓｏｌｉｄ６５单元来模拟ｈｎ—桩在承台底面或最大冲刷线以下的第ｎ层土中作用长度承台和桩基。见图１１。（ｍ）；ιｎ—桩在承台底面或最大冲刷线以下的第ｉ层土层对桩的侧摩阻力。根据上式所求出桩的极限摩阻力，再根据下式求出边界元数值ｋ′。［Ｐｚ］ｋ′＝（１５）△式中：△—相对位移值（ｍ），随土的性质不同而取相应的值，一般取６ｍｍ左右的数值。２变截面桩的计算分析依据安徽省符夹线接线桥梁１２号桥墩传下的荷载作用为实际工程背景。桥址处的地质土层为冲积黄土

5、状土、砂性土、圆砾土。变截面图１１桩和承台的模拟桩的桩身及承台采用Ｃ３０混凝土，变截面桩主受力钢筋采用直径为１．２桩基中普通钢筋的模拟２５ｍｍ，箍筋直径为１２ｍｍ的ＨＰＢ４００钢筋。利用有限元分析法建立钢筋混凝土结构模型主要包括三种方式：本次变截面桩受力性能模拟计算，分析了６组不同桩间距的变截组合式、分离式和整体式。根据桩基的实际受力，本文采用分离式建模面桩，依次为４０ｍ、５０ｍ、５５ｍ、６０ｍ、６５ｍ、７０ｍ。根据ＡＮＳＹＳ计算方式，用ｌｉｎｋ８单元来模拟基础内的钢筋，该单元为３Ｄ杆单元，，ＡＮＳＹＳ分析结果，本文以变截面桩基础的承台第一主

6、拉应力和桩身的第一主中该单元用以模拟承受轴向拉压，且每个节点含有沿节点坐标系ｘ、ｙ、ｚ压应力及第一主拉应力随着桩头直径、桩间距的变化情况，并将变截面方向的平动自由度。见图１２。桩的分析结果与同条件等截面桩的结果进行比较，得出结论。见表１。表１变截面桩桩身参数变截面桩头直径桩底直径桩头角变截面桩等截面桩桩编号ｄ１（ｍ）ｄ２（ｍ）度α（）头高ｈ１（ｍ）身高度ｈ２（ｍ）１１６０１００８５３２００３５０２１９０１００１２６８２００３５０３２２０１００１６７０２００３５０４２４０１００１９２９２００３５０５２７０１００

7、２３０３２００３５０图１２桩内钢筋的模拟６３００１００２６５７２００３５０１．３基ＡＮＳＹＳ的桩土作用效应模拟７３４０１００３０９６２００３５０（１）地基土弹簧刚度的计算８３９０１００３５９４２００３５０根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（ＪＴＧＤ６３－２００７）非岩石９４４０１００４０３６２００３５０类土的ｍ值和ｍ０值。对于地基土弹簧刚度计算时，若桩基侧面为不·６·２１承台的第一主拉应力力较为有利。利用ＡＮＳＹＳ进行有限元数值分析得到上述变截面桩基础与同条２．２桩身的第一主压应力件的等截面桩基础的承台第一

8、主拉应力变化云图，如下图所示：（１）桩基桩身的第一主压应力云图①等