利用ANSYS模拟桩筏基础的有限元分析
利用ANSYS模拟桩筏基础的有限元分析
武崇福 姚 莉
(燕山大学 秦皇岛 066004)
黄芝梅
(秦皇岛冶金设计院 秦皇岛 066004)
摘 要:提出一种有限元简化模拟桩筏基础体系的计算模型,利用有限元软件ANSYS实现这一计算过程。利用此方法计算相应模型与实测结果对比,计算数据较好的反映了桩筏基础的受力机理,可为结构设计分析提供一定的参考。
关键词:桩筏基础 有限元 ANSYS程序 沉降
FINITEELEMENTANALYSISOFPILDEDRAFTFOUNDATIONBYANSYS
WuChongfu YaoLi
(YanshanUniversity Qinhuangdao 066004)
HuangZhimei
(QinhuangdaoMetallurgicalDesignInstitute Qinhuangdao 066004)
Abstract:AsimplemodelforthefiniteelementanalysisofpiledraftfoundationisprosposedandthiscalculationalprocessisrealizedbythefiniteelementprogramANSYS1Comparisionbetweentheanalysisandthefieldexperimentaldataismade,whichwellreflectstheforcedmechanismofpiledraftfoundation,andoffersareferenceforthedesignofstruture1
Keywords:piledraftfoundation finiteelement ANSYS settlement
随着我国高层建筑的迅速发展,桩筏基础以其
承载力高,变形性能好等优点得到了广泛的应用。由于桩筏基础的受力机理的复杂性,桩土协同作用及按变形控制设计等问题一直是目前研究的热点。
对于桩筏基础这样一个带有群桩的复杂三维问题,只有应用数值分析才能有效地反映各种影响因素,分析其受力特性。目前工程界数值计算常用的方法有有限差分法、有限元法、边界元法、半解析法等,其中以有限元法最为成熟,应用最为广泛。目前在用有限元法分析桩筏基础的研究中由于桩-土之间本构关系的差异性,大多采用接触单元[1]使两者有效结合,达到受力及变形协调,但是这种方法在实际工程的数值计算中所需参数较多,且很难确定,在工程设计的实际应用中不能广泛的应用。
本文提出一种利用有限元软件ANSYS对于桩筏基础的简化模型分析方法。将桩-筏-土都视为弹性体单元,不考虑筏板的配筋、裂缝等钢筋混凝土材料的特性,三者之间直接采用节点连接达到受力、变形的协调,不考虑桩-土之间的滑动及脱离。采用20节点等参元模拟整个研究系统,从而对基础沉降和桩筏受力进行有效地分析。该方法避免了传统有限元分析中的繁琐计算,使其可以在普通的计算机中进行计算分析,从而对工程的设计有一定的参考价值。514
1 桩-筏-土共同作用基本方程
将桩筏基础结构进行有限元分割,令:{w}为桩土支承体系的节点竖向位移向量;{R}为相应的节点反力向量;{δ}为桩土支承体系的柔度矩阵,则有:
{w}=[δ]{R}
(1)
桩土体系的支承刚度矩阵[Ksp]=[δ]-1则式(1)可写为
{R}=[Ksp]{w}
(2)
以零元素将式(2)中各向量和矩阵的阶数扩大到与承台结构节点自由度相同,则有
{R