基坑开挖桩_撑式支护结构二维有限元分析.kdh.pdfVIP

2010年第9期 （总第144期） 吴剑锋 （铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142） 摘要：随着城市建设的发展，基坑开挖数目越来越多。文章考虑到实际土体的特性和桩土之间的关系，建立了基于通 用有限元程序ANSYS的二维分析模型，计算分析了基坑开挖过程中桩-撑式支护结构的内力和变形。最后对某工程 实例进行计算分析，将计算结果与实测资料相比较，进一步验证了文章计算方法以及程序的可靠性，其结论具有一定 的经济价值。 关键词：ANSYS；二维有限元；桩-撑式支护结构 中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）09-0195-02 随着城市建设的发展，地面空间愈加紧张，地下空间的利 用受到了越来越多的重视，诸如高层建筑地下室、地下铁道及 地下车站、地下车库以及其他各种地下民用和工业设施日益增 多。如果对基坑开挖组织不好，将会给人们的生命财产带来威 胁。所以，加强对基坑开挖的研究和探讨十分必要。 当前基坑开挖的理论研究有传统的平面分析法如等值梁 法、弹性法、山肩邦男法等。近年来，采用有限元软件来模拟 分析基坑开挖也被广泛采用，俞建霖2002年运用三维有限元 分析程序，研究了基坑开挖过程中围护结构变形、主动土压 为了真实地模拟支护结构和土体之间的共同作用以及开 力、支撑轴力、基坑周围地表沉降及底部隆起的空间分布，探 挖的过程，本文使用了ANSYS的单元“生死”功能来模拟土 讨了基坑周围地表沉降量分布形式。陆新征等人2003年对某 体开挖和支护施工。所谓“杀死”单元，就是将该单元的刚度 深基坑进行了施工全过程的三维有限元弹塑性分析和模拟， 和质量都乘以一个很小的数，相当于该单元不再发挥作用。 并详细说明了其具体实现方法。有限元分析中分别考虑了支 而“激活”单元，就是让已经 “杀死”的单元恢复到它原先的 护结构和土体之间的相互作用问题，以及各种开挖方案、降水 刚度和质量，这时单元既没有初始应变，也没有初始应力。此 方案对基坑变形的影响，并对各种关键参数进行了参数敏感 外，还应用了材料的转换功能。例如，在本模型中，在第一层 性分析和讨论。曾律弦等人2006年结合弹性地基梁法和深基 土体开挖完后，将原本材料属性设置成土体的属性的内支撑， 坑支护结构中的环梁支护结构体系的特点，运用ANSYS的空 转换成混凝土的属性，然后 “激活”内支撑的梁单元，这样就 间分析模型来进行环梁支护结构体系的计算分析。 很好地模拟了浇筑混凝土支撑这一过程，且与工程实际是相 近来，桩-撑式支护结构型式应用范围愈来愈广，急需对 符合的。基坑开挖完成后的二维网格参见图2。 其变形和内力情况进行深入研究。本文提出了基于有限元程 具体实现步骤为：（1）建立整个场地土体及支护结构模 序的二维模型来解决这类问题。 型；（2）“杀死”所有的支护结构单元，并施加重力荷载，模 一、有限元分析模型 拟土体在自重作用下的自由沉降；（3）“激活”两侧维护桩单 元，“杀死”第一层土体单元，模拟第一层土体的开挖过程； 计算软件采用美国ANSYS公司开发的ANSYS大型有限元 （4）“激活”内支撑单元，并将其单元材料属性转换为混凝 计算软件。本文的分析模型为二维模型，故采用BEAM3单元 土，模拟浇筑混凝土支撑的过程；（5）继续“杀