考虑桩土相互作用的桥梁桩基静力分析

桩-土相互作用一直是有限元模拟类比较头疼的问题，常规分析方法分为两种：

1、采用接触单元模拟桩-土相互作用，此种方法非线性程度较大，且计算耗时，占用计算资源较多，多用于实体单元模拟局部细微结构情况，例如常见的单桩静力分析。

2、采用弹簧间接模拟桩-土相互作用，此种方法将桩-土之间的相互作用采用等效弹簧来进行模拟，适用于一般工程类设计，且我国规范诸多条文中均有一定的计算方法，常见设计软件例如Midas civil也均采用此类方法进行模拟。

本次计算模拟采用上述第二种方法进行。

一、工程概况

承台全桩基础断面尺寸为8.5m*8.5m，如下图所示。其中，承台厚3m，全桩长32m，采用4根直径为2m的钻孔灌注桩，桩基础混凝土全部采用C30混凝土，弹性模量，泊松比μ=0.2，质量密度为2500kg/m³，地基土的水平抗力系数的比例系数m=10000kN/m^4,上部荷载为轴力F=31450KN，水平剪力V=2487KN，弯矩M=5874KN.m，采用ANSYS对其进行静力计算分析。

二、模拟思路

按照规范，地基土堆桩柱侧面的地基系数随深度y成正比例增长，即C=my（m是“m”法的地基系数），故可先从覆盖层顶面（冲刷线）向下绘出地基系数图，如下图所示。本例将桩柱全长等分为18段，各中间集中弹簧的刚度可按下式计算：

顶部集中弹簧的刚度为：K0=W0*b

各集中弹簧计算刚度如下

按照上述思路，本工程计算模拟思路如下：

1）采用beam188模拟桩基础与承台；

2）承台与桩基础桩顶采用MPC184刚臂单元模拟刚接关系；

3）采用弹簧单元模拟不同深度处土层对桩的作用，通过不同弹簧刚度实现。

三、本例难点

本例建模难点如下：

1）桩顶与承台刚接单元的建立；

2）不同弹簧刚度的定义；

3）利用循环数组解决不同深度处土弹簧的建立。

四、建模步骤

1）材料与单元属性定义

2）承台几何建模与网格划分

3）基桩几何建模与网格划分

4）桩顶与承台刚臂几何建模与网格划分

5）不同深度弹簧刚度实常数定义

6）不同深度弹簧建模

7）约束与求解

8）结果查看

模型如下：

五、结果查看

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