樁土作用對(duì)樁基水平承載力影響的非線性有限元分析.pdf

1、樁基作為工程建設(shè)中的主要基礎(chǔ)型式之一，無(wú)論是在建筑工程中，還是在港口工程中，其往往以群樁的形式出現(xiàn)。當(dāng)前隨著開(kāi)敞式碼頭、跨海大橋、海洋石油平臺(tái)的建設(shè)，在港口及海洋樁基工程領(lǐng)域中，樁基的水平承載力作用起到了至關(guān)重要的作用，故而對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)的特性分析與研究是十分必要的。由于水平靜載試驗(yàn)受工期、費(fèi)用、試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)條件的限制，很難對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)特性做一個(gè)深入的分析。本文應(yīng)用國(guó)際上通用的大型有限元軟件ANSYS建立多種工況下的有限元模

2、型，對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)的承載特性做了較為深入的分析與研究，并提出了一些有益的結(jié)論與建議，以便更好指導(dǎo)以后的工程實(shí)踐。 本文首先回顧和總結(jié)了目前對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)特性分析的研究現(xiàn)狀、有限元的基本理論并對(duì)有限元軟件ANSYS簡(jiǎn)略介紹。其次考慮土體的復(fù)雜性狀和樁土相互作用對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)特性的影響，選擇合適的土體本構(gòu)關(guān)系模型和接觸非線性單元來(lái)模擬樁土之間的力學(xué)行為；最后通過(guò)調(diào)整樁的入土深度L，土體模型邊界尺寸以及劃分網(wǎng)格的大小，并引

3、入樁土接觸摩擦單元，建立合理的數(shù)值分析模型。 通過(guò)對(duì)多種工況水平受荷群樁基礎(chǔ)的數(shù)值模型進(jìn)行運(yùn)算，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到樁的入土深度L、樁徑D、土體彈性模量Es、樁間距S、樁數(shù)D等因素對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)特性的影響，重點(diǎn)是對(duì)位移群樁效應(yīng)的影響。本文認(rèn)為在樁的入土深度、樁徑、土體彈性模量、樁間距、樁數(shù)等因素中，樁距和樁數(shù) 對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)位移的影響比較顯著，而樁的入土深度、樁徑、土體彈性模量等因素則對(duì)位移的影響不大。在受荷方向上

4、，8倍樁徑的樁距是群樁效應(yīng)的臨界樁距，當(dāng)樁距 大于該臨界值時(shí)，基本無(wú)群樁效應(yīng)，且當(dāng)樁數(shù)大于4時(shí)，樁距的影響不大；而在非受荷方向，樁距大于（2～3）倍樁徑時(shí)，可不考慮群樁效應(yīng)。 樁的入土深度 是影響水平受荷群樁基礎(chǔ)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)。三維有限元分析研究發(fā)現(xiàn)，不論是單樁還是群樁均存在著一個(gè)臨界樁的入土深度，當(dāng)樁的入土深度 超過(guò)該臨界值時(shí)，即使增加樁的入土深度，樁的承載特性改變甚微，而且水平受荷群樁基礎(chǔ)的臨界長(zhǎng)度大于相應(yīng)的單樁的

5、臨界長(zhǎng)度值，28倍樁徑的樁的入土深度 是群樁的臨界樁的入土深度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選取臨界樁的入土深度 作為設(shè)計(jì)樁的入土深度的上限值。 對(duì)一定荷載作用下的水平受荷群樁位移的影響除了大家所熟知的樁徑、樁的入土深度、樁間距，樁數(shù) 外，還有土的彈性模量 。間距、樁數(shù) 對(duì)一定荷載作用下的水平受荷群樁位移的影響較大，但樁徑、樁的入土深度、以及土體彈性模量的影響不容忽視，因而根據(jù)計(jì)算所得出的結(jié)果數(shù)據(jù)綜合考慮幾個(gè)影響因素，對(duì)有限元計(jì)算所得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行

6、分析整理，并通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)處理分析軟件對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，本文提出了一定荷載作用下的水平受荷群樁位移的計(jì)算公式： 同時(shí)考慮到土體的非線性特征和位移群樁效應(yīng)的影響，引入了三個(gè)參數(shù)。樁長(zhǎng)L的變化對(duì)水平受荷群樁基礎(chǔ)位移的影響是非線性的。為了反映樁長(zhǎng)的這種非線性性質(zhì)，本文引入了參數(shù) 來(lái)反映樁的入土深度的非線性影響以及群樁效應(yīng)的影響。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)本文水平受荷群樁基礎(chǔ)位移計(jì)算公式對(duì)樁的入土深度的模擬精度是比較好的，同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)