加筋土桥台数值模拟探究

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1、加筋土桥台数值模拟探究　　摘要：加筋土结构主要是通过在土中加入土工复合材料来改善土体的整体性和限制土体的局部变形。在许多实际问题中，仍然没有可靠的理论分析或计算依据来对设计或施工进行指导。目前各种试验和数值模拟解决的实际问题比较单一。本文通过分析加筋土常用理论，对加筋土结构采取平面应变问题来模拟分析，并结合工程实际采集数据，针对加筋土桥台受力和变形进行数值模拟的初步研究，给设计和施工提出参考意见。关键词：ANSYS、接触单元、加筋土、非线性、位移中图分类号：TU472.3+4文献标识码：A文章编号：0引言6加筋土结构有颗粒土体、面板和加筋带组成。筋带安放在土体中间，改变土体的内摩擦角，增加土

2、体的“准粘聚力”。如果筋带设计合理，筋带与土之间的摩擦力可以明显的提高结构整体性，抗变形能力增强。目前对加筋土结构的处理分析，主要有二种简化模型：一是将结构看作一种材料，通过换算等价弹性模量来处理；二是将结构看作复合层合板来处理。对于前者，由于土体筋材力学性能相差太大，等价为一种材料来处理问题不够准确。对于第二种简化模型，需要在土层合筋带层间建立接触单元，但是筋带层的模拟厚度不好确定，土体在力学上的传递和位移上的连续性也无法保证。本文结合辽宁省某跨铁路桥20#桥台工程对挡墙变形预测的需要，针对加筋土桥台这种三面围挡的结构，通过纵断面、横断面模拟，结合分析结构在前墙及侧墙的受力变形，对比纵断面

3、、横断面模拟结果差异，结合工程实测数据，探究平面应变数值模拟方法的可行性。根据加筋土的作用机理，主要加筋理论有：摩擦加筋原理[1]，粘聚力原理[2]和弹塑性层板理论等。本文选用摩擦加筋原理。在加筋土结构中，由填土和外力产生的土压力作用于墙面板，通过墙面板上的拉筋连接体将此土压力传递给筋带，试图将筋带从土体中拔出。而拉筋与土体间的摩擦力阻止筋带被拉出。所以，只要筋带有足够的强度，并与土体产生足够的摩擦力，那么加筋体就可以保持稳定不会产生破坏。1研究对象结合本文研究目的，针对的研究对象为辽宁省某跨铁路桥20#桥台，前墙高4.5m，侧墙高7.5m，墙面采用带预制面板的直墙，采用25混凝土挡墙，设计

4、筋材采用钢塑复合拉筋带CAT30020C型，面板拉筋孔结点间距：水平间距=50cm，垂直间距=50cm。加筋体内、外及加筋体上填土均相同，采用粗砂。6图1加筋土桥台断面2平面计算模型及描述2.1平面应变问题分析方法采用ansys软件进行计算。采用平面应变分析方法，对土与结构物进行静力计算的有限元分析。土体采用修正的邓肯双曲线模型，用修正的牛顿—拉普生法（等刚度法）解非线性方程组，结构材料包括面板和筋带假定为线性变化。2.1.1平面模拟单元类型及模型描述面板和土体采用平面矩形单元，本文取plane82，筋带采用link1，在筋材与土体，面板与土体间设置接触面单元，本文采用点点接触单元，为无厚度

5、四节点goodman单元的简化。2.1.2平面模拟有限元模型结构和材料参数平面模拟分为前墙单向加筋和侧墙双侧加筋。材料参数根据设计资料及参照《公路加筋土设计规范》选取，物理力学性质见表I。表1填土物理力学性质表2接触面单元计算参数表2.2前墙单向加筋平面分析6前墙单向加筋根据图1桥台纵断面来布设筋带，共10层筋带。模型平面尺寸11×6.1m。图2前墙单侧加筋模型图3前墙面板观测值与有限元值对比图有限元计算结果显示挡墙位移趋势为中间大，两端小。与工程现场监测数据趋势基本相符。挡墙上部趋势略有差别。有限元计算值对比工程实际数据偏小，这是因为数值模拟，没有实际施工过程中因为施工工艺或施工标准所带来

6、的不利影响。2.3侧墙双侧加筋平面分析侧墙双侧加筋根据图1桥台横断面来布设筋带，共13层筋带。模型平面尺寸11×7.6m。不考虑前墙拉筋对此模型的影响。图4侧墙双侧加筋模型图5侧向面板观测值与有限元值对比图表4侧墙面板水平位移实测值与有限元计算值通过对比分析，左右两侧墙位移趋势对称，与工程实际监测数据趋势一致。有限元计算值偏小。对比单侧加筋，双侧加筋填土沉降更均匀，工程实际挡墙位移趋势与有限元计算十分吻合。按理论0.3H潜在滑移面计算所得距离墙面板距离为2.18m，有限元计算值为2.3m，非常接近理论值。2.4筋带受力分析6通过统计各层筋带最大应力的位置和大小，筋带主要通过抗拉力发挥加筋作用

7、，限制墙面板的侧向变形。各层筋带最大应力处的连线近似于结构的理论滑移面趋势。当荷载增加，土体向外隆起趋势加大时，筋带越能充分发挥作用，通过与土之间的作用来抵抗土体变形，表现在面板的位移趋势上。加筋土结构具有很好的稳定性，较好的限制土体侧向变形。在结构达到极限平衡状态前，荷载越大，加筋效果越明显，结构表现出的刚性越大。本文通过对结构的平面模拟，对比工程实际数据，发现平面模拟能较好的计算结构最不利的情况或危险断面