PLAXIS 机器地基动力分析---Part I

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1. 引言

机器地基设计是岩土工程领域非常小众的一个分支，与结构工程的联系更紧密一些。我曾经有将近两年的时间专门作机器地基的分析和设计，项目对象是天然气和石油管线的中继泵站。由于不是作学术研究，仅为设计所用，因此分析过程很简单，首先计算机器的重量和重心，这是因为大多数机器的重心不是它的几何中心，在震动时会产生偏心距，所以需要获得机器的重心坐标。然后使用西安大略大学(现在改名为Western University https://www.uwo.ca/)的一个研究性软件DYNA5 进行机器-地基土有时还包括钢管桩的动力分析。(不知道DYNA5这个软件现在还有没有继续开发着了。补：现在已经是DYNA6了)

PLAXIS能够模拟动态条件下的土-结构相互作用。本文不讨论机器地基的背景知识和理论，主要描述如何在PLAXIS中进行机器地基动力分析。显示的例子来自于PLAXIS用户手册，我们将集中在工作流程以及命令行的使用。

2. 模拟过程

一个发电机放置在直径为1m的基础之上，基础下面是弹性的Sandy Clay. 【PLAXIS的发源地是荷兰，可能由于第一语言不是英语，这个软件中显示的许多术语都感觉怪怪的，包括Sandy Clay这种命名】

(1) 模型范围：在“项目属性”里设置模型尺寸，长20m,高4.25m, 因为这是个三维问题，所以使用轴对称模型。

_initializerectangular SoilContour 0 0 20 20_setproperties  "ModelType" "Axisymmetry"                 "ElementType" "15-Noded"

(2) 定义地层：使用“创建钻孔”工具定义土层。

_borehole 0_soillayer 0_set Soillayer_1.Zones[0].Bottom -10

(3) 设置土层参数：

_soilmat "MaterialName" "Sandy Clay"          "MaterialNumber" 0          "SoilModel" 1          "DrainageType" 0          "Eref" 50000 _setmaterial Soillayer_1 SandyClay

(4) 定义结构元。在“结构”面板内使用“创建板”生成一个板用来表示基础。基础尺寸(0,0)-(0.5,0) 由于是轴对称，因此我们只取一半。画得时候不必在意点的确切坐标，有个大致位置就行，画完后可以在”选择浏览器“中修改。充分利用CAD工具”捕捉到网格“，”捕捉到对象“可以加速图形的绘制。接着给板设置材料参数，过程与土参数的设置相同。

_gotostructures_plate (0 0) (0.5 0)

（5）设置板的材料参数

_platemat "MaterialName" "Footing"           "Elasticity" 0           "IsIsotropic" True           "EA" 7600000           "EA2" 7600000           "EI" 24000           "nu" 0

(6) 在基础上施加分布载荷来模拟机器的重量以及产生的震动，在”结构“面板内”创建线荷载“, 载荷值先不输入。

_lineload Line_1

(7) 生成网格。在”网格“面板内点击”生成网格“，选择“细”网格划分。这将生成 820 个单元和6753 个节点，如下图所示。

_gotomesh_mesh 0.04002_viewmesh

(8) 定义施工步骤。在“分阶段施工”面板里设置。

Initial Phase：取默认值

_gotostages_phase InitialPhase

Phase 1: Footing

增加一个”Footing"阶段，参数取默认值，并且激活它。激活分布载荷的静态分量。

_set Model.CurrentPhase Phase_1_set Phase_1.Identification "Footing"_activate (Line_1_1) Phase_1_set Model.CurrentPhase InitialPhase_set Model.CurrentPhase Phase_1_set LineLoad_1_1.qy_start Phase_1 -8