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桩基础的模拟

1年前浏览2828
这两天整理之前做的一些资料,把桩的模拟做一个汇总。本文中所述的“桩基”指的是建筑物或桥梁基础中使用的主要受竖向力的桩基础。 
1)桩基础完整的模拟方式是梁单元+桩(界面)单元(+桩端单元)。如果是摩擦桩,一般至少是梁单元+桩(界面)单元,如果是端承桩(或嵌岩桩)一般是梁单元+桩(界面)单元+桩端单元。

         

桩基础计算模型

2)桩基础建模使用梁单元,按照实际截面形式和尺寸划分网格。桩基础使用梁单元模拟进行网格划分时,不必对几何线和实体行进自动连接,梁单元的尺寸也需要尽量大一点(可以只分1段,因为2019之后的GTS版本,梁单元的尺寸需要大于母单元才可以正常生成界面)

3)得到梁单元后,需要对梁单元添加桩/桩端单元,用于模拟桩土摩擦性质。
需要注意:桩/桩端单元只能用于三维模型中对桩基础的模拟,如果是二维模型中,需要使用界面单元中的线界面来模拟。
桩单元可以单独加在梁单元上,但是桩端单元只能在梁单元+桩单元同时存在时使用。
三维模拟中桩土摩擦模拟】
【二维模型中桩土摩擦模拟】
一般建议在沿着桩轴线方向受力的梁单元上设置界面单元,如图承受上部荷载的桩基础。垂直于桩身受力的,比如围护桩,加不加自行决定

4)桩界面参数:
最终剪力:沿着轴向按应力单位输入桩界面的最终剪切阻力(kN)并除以桩长(m)和桩界面单元的厚度(m)。
剪切刚度模量和法向刚度模量:严格来说可以通过Siolworks软件,进行一个简单的P-Y曲线分析和P-S曲线分析得到。

不严格凑合着来说,可以通过虚拟厚度系数以及地层的剪切模量获得:式中的tv为虚拟厚度系数,取值为0.01~0.1,岩土和结构构件的强度差越大,输入的值越小。
5)添加桩界面时候的额外约束。
添加桩界面单元之后的模型,计算过程中可能出现warning[4005],此时需要对梁单元添加RZ约束(更多详解参考GTS NX 的常见报错(1)-Warning4005和4067)。
6)梁单元+平面应变单元,或梁单元+实体单元,用于模拟桩基+承台时候,由于桩顶跟承台通常是固结关系。所以桩顶一般会有弯矩。但是由于单元的自由度差异,得到的桩顶可能是没有弯矩的(下图左侧)。此时需要对桩顶设置额外的转动约束,三维模型设置RX/RY/RZ约束,二维模型设置RZ约束即可,得到桩顶存在弯矩结果(下图右侧)。
           
 【不设约束】                     【设RZ转动约束】
以上就是今天的内容了~

来源:工程数值仿真
建筑岩土
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-02-13
最近编辑:1年前
二小姐
硕士 Sleep and Dream
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未登录
3条评论
ZiYo
签名征集中
7月前
计算二维模型时候发现当对桩基梁单元施加界面单元后,在桩基和承台处也会有多余的界面节点产生,如果仅在此处约束rz,桥墩承台的位移与桩基的竖向位移是分开的,在桩基与承台连接处的节点位置设置刚性连接网格后解决。
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仿真秀0921182918
签名征集中
1年前
一段桩在地面以上,左侧设了挡土面板,左侧填土时,这段桩怎么模拟,边界怎么处理
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程@Y(^_^)Y
签名征集中
1年前
桥梁非桩基基础模拟,比如明挖基础模拟有什么注意事项和技巧吗?
回复 1条回复
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