ansys桩基础算例ansys桩基础算例.pdf

1 问题描述 桩基础是桥梁工程中广泛应用的重要基础形式之一。如果场地浅层土的承载力低，无法 满足桥梁结构对地基变形和承载力的要求时，需要考虑采用柱基础。此次课程设计模拟了混 泥土桩基（摩擦型）在竖向均布荷载作用下的反应。 具体设计资料如下： 1.1 柱基础 假定场地的软弱土层较厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上，桩顶的荷载主要靠桩身与土 体之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可以忽略不计。桩身采用 C20 混泥土，混泥 10 2 3 土抗压弹性模量 EC =3.2×10 N/m ，混泥土密度 2500 KG/m ，混泥土泊松比 0.167。 1.2 土体 由于桩基对周围土体的影响随着深度和影响半径的增大而逐渐减小，因此土体按照有限 8 2 体积来考虑。假设桩身周围的土体均质，土体的抗压弹性模量 EC =2.6×10 N/m ，土体密度 1900 KG/m3，土体的泊松比 0.42，桩基与周围土体的摩擦系数取 0.2。 1.3 荷载状况 桥跨上部结构传递下来的荷载简化成竖向均布荷载，直接作用于桩基础顶部，不考虑水 平力和弯矩的影响。竖向均布荷载设计值为 50×104Pa。 2 单元的选择 2.1 桩基础 混凝土桩基础，采用 SOLID45 单元。SOLID45 单元是八节点三维实体单元,每一个节点 具有三个自由度。单元的几何形状、结点位置和单元坐标系如图 1 所示。该单元具有塑性、 蠕变、膨胀、应力强化以及大变形大应变和模拟各向异性等功能,所以模型中的桩基础混凝 土单元采用 SOLID45 实体单元。 图 1 SOLID45 单元 2.2 土体 土体单元选择 170，土体与桩基的接触单元选择 173。ANSYS 中能用于岩土材料的模型 只有 DP 模型。DP 模型是理想弹塑性模型，理想弹塑性即应力达到屈服极限以后，应力不再 增大，但是应变会一直增大。 ANSYS 中设定 DP 模型需要输入 3 个参数，粘聚力，内摩擦角，膨胀角，其中的膨胀角 是用来控制体积膨胀的大小的。在岩土工程中，一般密实的砂土和超强固结土在发生剪切的 时候会出现体积膨胀，因为颗粒重新排列了；而一般的砂土或者正常固结的土体，只会发生 剪缩。 通过命令“TB,DP,2”将土体单元 2 定义为 DP 材料模型，“ TBDATA,,20000,31,29”分 别定义土体的粘聚力 200000、内摩擦角 31、膨胀角 29。 3 本构关系 材料的本构关系由材料本身决定，指材料在力作用下的变形特性（物理方程）。 此次模型中的土体采用 DP 材料。在 ANSYS 中，这种材料采用的是 Drucker-Prager(简 称 DP)。DP 屈服准则是莫尔-库伦准则的近似，通常称为广义 Mises 准则，它是在 Mises 屈 服准则的基础上考虑了平均主应力对土的抗剪强度的影响。DP 准则的屈服面不随材料的逐 渐屈服而改变，因此没有强化准则，其本构模型采用理想弹塑性。该准则的屈服强度随着侧 限压力的增加而增加，考虑了由于屈服而产生的体积膨胀，但不考虑温度变化的影响。 桩基础混凝土采用 SOLID45 单元，其本构关