基于ANSYS二次開發(fā)的樁土相互作用的三維非線性有限元分析.pdf

1、近年來，由于我國高層建筑的發(fā)展，樁筏基礎(chǔ)被廣泛采用。但由于樁筏基礎(chǔ)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，許多方面的問題尚未解決。因此，發(fā)展樁土相互作用的實用、有效和可靠的理論和數(shù)值分析方法，進(jìn)一步認(rèn)識樁筏與地基土的共同作用機制，充分考慮筏板直接對地基土的荷載傳遞等因素，從而改進(jìn)樁筏基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計方法，仍是目前迫切需要解決的課題。 ANSYS軟件在應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域時，對巖土等顆粒性材料，其程序內(nèi)部僅提供了近似的Drucker-Prager材料模

2、型，是一種理想的彈塑性模型，不能夠很好地反映巖土材料的非線性本構(gòu)關(guān)系，尚無國內(nèi)巖土工程領(lǐng)域中廣泛采用的反映巖土材料的非線性本構(gòu)關(guān)系的Duncan-Chang模型。這一缺憾，無疑使ANSYS軟件在土工有限元分析問題中的應(yīng)用范圍和適用性受到了局限。為彌補這一不足，本文首先基于ANSYS的用戶可編程特性(UPFs)的二次開發(fā)功能，成功導(dǎo)入了Duncan-Chang非線性本構(gòu)模型，并且對二次開發(fā)的成果進(jìn)行了一系列的驗證和比較。計算結(jié)果表明，模型

3、算例的求解效率和精度令人滿意，有望成為強大的解決大型復(fù)雜土工問題的非線性數(shù)值分析工具。 與此同時，由于樁土相互作用問題的復(fù)雜性，要獲得解析解是十分困難的，所以利用非線性有限元法對該問題進(jìn)行數(shù)值分析是非常必要的。本文建立了樁土相互作用的三維有限元-接觸面單元的非線性耦合數(shù)值模型來模擬樁與土的幾何、力學(xué)特性，基于ANSYS二次開發(fā)上編制了樁土相互作用的三維非線性有限元分析程序PSIFEM。利用該程序作為本課題研究的基本工具，對豎向荷