基于ANSYS的桩土相互作用分析模型构建

在利用ANSYS有限元软件分析时，桩土相互作用之间的变形属于高度非线性问题^[33]，但ANSYS程序通过使用牛顿-拉普森平衡迭代克服了这种困难^[37,38]，在每一个载荷增量的末端解，通过这种平衡迭代使其达到平衡收敛。对于土体的单元类型采用ANSYS中提供的SOLID45实体单元类型，它是一种三维六面体单元，可用于建立各向同性固体力学问题的模型。SOLID45实体单元有8个节点，每个节点有沿X、Y、Z三个方向的平移自由度，在单元的各个侧面可施加分布式载荷。在求解分析大位移、大应变、塑性和屈服等方面的问题时，SOLID45单元求解的输出结果包括节点位移，各个方向的主应力、正应力、剪应力及总应变等。

土体的本构模型采用ANSYS中提供的Drucker-Prager模型，简称DP模型，该模型对MC模型的屈服面函数作了适当的修改并且考虑了体积力对屈服的影响，易于程序的编制和进行数值计算，可用于颗粒状的材料，例如：土壤、岩石、混凝土等^[34][41-43]。

除了DP模型以外，土体的本构模型还有线弹性模型、DC模型、MC模型等。线弹性模型遵从胡克定律，只有两个参数，只是简单的应力应变关系，无法描述土的很多特征；DC模型是一种非线性弹性模型，只是单纯的采用了弹性理论，而未曾涉及到塑性理论，着重于对应力-应变简单的描述，因而没有反映出土体的很多重要性质，例如土体的剪胀性、球应力对剪应变的影响等^[47,48]；

MC模型是一种弹-理想塑性模型，采用了弹塑性理论，涉及到了土体的五个参数，能够较好的描述土体的破坏状态，但没有考虑到应力历史的影响及区分加荷与卸荷^[45,46]。

混凝土单元类型采用ANSYS中的SOLID65实体单元类型，它是在SOLID45的基础上专门开发出来用于建立钢筋混凝土或混凝土材料问题的有限元模型。同样，它也有8个节点，每个节点同样有沿X、Y、Z方向的三个平移自由度，主要用于单元受压破碎、受拉开裂等问题方面的模拟分析^[38]。混凝土的本构模型同样采用DP模型，定义其参数。