专业论文 | 基于ABAQUS的地下室桩筏基础抗冲切精细有限元分析

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作者：王杰

单位：中南建筑设计院股份有限公司

工程背景

本项目位于地铁旁，由于地铁隧道要求，结构地下室筏板基础边必须与地铁边线保持足够的安全距离，因此结构的筏板在靠近地铁一侧不能挑出太大。这使得上部结构的最外侧框架柱距离筏板边界距离不满足构造要求。设计时通过牛腿将上部框架柱与下部地下室外墙连在一起，共同分担上部结构传来的竖向荷载。采用ABAQUS软件对桩筏基础进行小震及等效中、大震作用下的有限元分析，验证该处理方式的安全性，分析不考虑土的压力作用，计算结果偏安全。

有限元模型

分析模型取矩形虚线范围内3个柱范围筏板基础为研究对象，模型平面尺寸为27mX9m。混凝土及型钢单元采用C3D4实体单元，中心区混凝土材料本构采用损伤塑性模型，考虑混凝土受压和受拉损伤，其余范围混凝土采用弹性模型。桩基及筏板混凝土材料C40，框架柱混凝土材料C60。型钢钢管采用弹性模型，材料Q345。

钢筋单元采用T3D2空间杆单元，该单元只受拉压。材料本构采用理想弹塑性模型。钢筋通过*embedded插入混凝土中，不考虑钢筋的粘结滑移。

荷载施加考虑施工模拟的影响，分两步施加，第一步施加小震轴力，第二步施加大震轴力。桩端固定约束，周边筏板约束水平位移。为较精确分析中心区混凝土及钢筋受力情况，控制中心区网划分尺寸为150mm，非中心区网格尺寸450mm。

有限元分析结果

经过分析，得到小震和大震作用下筏板及钢筋应力云图、损伤和塑性云图。小震作用下，筏板混凝土最大应力为18.6MPa，钢筋最大应力为51.67MPa；大震作用下，筏板混凝土最大应力为25.65MPa，钢筋最大应力为72.18MPa。在小、大震作用下筏板混凝土受压损伤较小，混凝土仅轻微损坏，筏板钢筋塑性应变为0，钢筋处于弹性状态。小震作用下桩最大轴力为1.199e4kN，大震作用下桩最大轴力为1.661e4kN。