首页 > 内容详情

基于ABAQUS的桩侧摩阻力仿真分析

引言

    桩基设计的核心问题,不外是沉降和承载力两个方面。在以往的设计中,似乎桩侧摩阻力只是一个固定不变的值,而且往往估计过小。事实上,桩侧摩阻力的值是随着桩顶载荷,以及深度等各种因素而变的,而且深度效应较为明显。对于摩擦型单桩,其承载力主要由桩侧摩阻力承担。
    所以,正确分析和计算桩侧摩阻力的分布及影响因素至关重要。传统的方法是做桩的破坏性载荷试验。然而,做桩的现场载荷试验既费工又费钱,尤其对于大直径桩,要进行这类试验需施加很大的试验载荷,无论是加载条件,还是试验技术都很困难。如何根据室内试验得到的有关资料,利用仿真分析的方法来确定桩侧摩阻力作用情况,进而确定桩的竖向承载力,是值得广泛关注的问题。

1 建立桩土计算模型
    在考虑土的非线性、桩周土分层、桩土间非线性相互影响、桩端有存渣、桩端及桩侧注浆加固、桩长及桩直径变化等因素时,有限元法是现阶段最适用的方法,它能解决由于试桩困难及实测费用大而无法大量进行的问题。
    1.1 有限元模型
    ABAQUS的接触模拟中,要在模型中的各个构件上建立表面,并建立接触对,采用主一从(Master-Slave)接触算法。选择主、从表面的原则是从属表面的网格划分更加精细,若网格密度相近,则应选择较柔软的材料表面为从属表面。
    因此,这里选择土体表面为从属表面,如图1所不。
 
图 1 接 触 面 模 型
    在 几 何模 型上,用大尺寸来模拟半无限空间体,计算时土体的半径远大于桩横截面的半径(如土体半径取为桩横截面半径的40^-60倍)。
    对 于单 个 的大直径超长桩的轴向受荷有限元分析,可简化为轴对称平面问题进行计算。文中采用4结点双线性轴对称单元。为了减小计算误差,同时也为了缩短计算时间,在桩土接触面附近单元网格划分的较细,而在远离接触面的土体,网格划分相对稀疏,如图2所示。
    对 桩体 采 用弹性体分析,土体采用弹塑性体分析。ABAQUS里提供了多种塑性本构模型阁,文中采用工程上常用的摩尔一库仑模型。ABAQUS软件可以考虑侧向土压力系数,在·INITIALCONDITIONS中设置初始地应力及侧压力系数,并可在’GEOSTATIC步中实现平衡。这对模拟岩土问题是非常有效的。
 
图 2 网 格 局 部 放 大 图

    1.2 库仑摩擦模型
 
 
    To ol an 曾提出,在桩周为均质土的条件下,无论是一般的摩擦桩还是嵌岩桩,在计算桩侧阻力时,桩端处桩侧摩阻力按平均值的2倍取值,这是充分考虑到桩侧摩阻力强化效应的结果川。运用ABAQUS软件,可以很容易模拟桩侧阻力沿深度变化的曲线图,而且形状与现场测试曲线类似,如图3所示。
 
图3 桩侧阻力

2 算例
    南 通某 桥 梁工程试桩共为6根钻孔灌注桩,其中北岸3根。文中对北岸1”试桩的桩侧摩阻力进行数值仿真。根据现场实测数据,土体的半径取30 m,侧向压力系数取0.5,材料参数见表1
和表2。
 
 
 
    2.1 桩侧摩阻力及桩端反力的分担
    此 次试 桩 静载试验以及ABAQUS的模拟值见表3。
    桩顶 载 荷 应由桩侧摩阻力和桩端反力分别承担,但此桩的桩侧摩阻力承担了绝大部分的桩顶载荷,只有在桩顶载荷达到一定值时,才有少部分的桩端反力产生。当载荷达到8o0kN时,桩侧摩阻力仍然占到桩顶载荷的9%以上,继续加载到10000kN,桩端反力仍然很小。加载后期摩阻力充分发挥,增加的载荷一小部分由桩端承担,这表现出典型的摩擦桩的特征。所以对于摩擦型桩,尽可能增大桩土接触面的摩擦力至关重要。
 
 
 2.2 沉降计算
    根据钻孔灌注桩载荷传递公式,各段桩身压缩量可按下式计算:
 
    桩顶 总 沉 降的实测值、模拟值和用上式得出的计算值,如图4所示。
 
图4
    相 对 于 公式计算的结果来看,ABAQUS的模拟值更加逼近实测值。

3 结语
    利用 AB AQUS软件建立了桩土接触的共同作用模型,分析了摩擦型桩的桩侧摩阻力分布情况,并对算例中的1”试桩摩阻力和沉降进行了仿真分析,计算结果与实际相吻合,说明产BAQUS对桩土相互作用的高度非线性问题有着很好的处理能力。

参考文献:
    [1]蒋建平,高广运,汪明武.大直径超长桩有效桩长的数值模拟[J].建筑科学,2003,19(3):27-29.
    [2]李晋,冯忠居,谢永利.大直径空心桩承载性状的数值仿真[J].长安大学学报(自然科学版),2004,
24(4):36-39.
    [3]朱向荣,王金昌.ABAQUS软件中部分土模型简介及其1程应用[J].岩土力学,2004,25:144-148.
    [4]刘利民,舒翔,熊巨华.桩基工程的理论进展与工程实践〔M].北京:中国建材工业出版社,2002.



您的姓名: 

验证码: 
看不清,点击图片换一张!
评论内容: