板单元的强度和刚度属性(Plate Element)
1 引言
板单元(Plate Element)在岩土工程数值模拟中具有广泛的应用,其特征是它与整个问题的尺寸相比,其厚度小到可以忽略不计,例如,基坑工程使用的排桩可以用板单元模拟,筏板基础可以用板单元模拟,隧道工程的衬砌和喷射混凝土可以用板单元模拟【隧道喷射混凝土支护的模拟(Plaxis)】。Itasca软件的结构元没有显式地使用"板单元",而是把这个概念融合到具体的结构元中,如Beam, Shell, Liner等。其它一些数值模拟软件,如Plaxis, GTS NX, Optum等则明确地使用了“板单元”。本文着重讨论Optum板单元的特性。 板单元的材料类型是一个弹塑性板,在平面应变中相当于一个标准的Euler-Bernoulli梁。
2 刚度属性
板单元在计算过程中也可以进行强度折减(Reducible Strength)。刚度(stiffness)参数有两种型式:参数集A和B。
(1) 如果选择参数集(Parameter Set) A,需要输入两个变量:法向刚度 [Normal Stiffness, EA (kN/m)]和弯曲刚度 [Bending Stiffness, EI (kNm^2/m) ](2) 如果选择参数集(Parameter Set) B,需要输入以下4个变量:
弹性模量 [Young's Modulus, E(MPa)]截面积 [Sectional Area, A(cm^2/m)]塑性断面模量 [Plastic Section Modulud, S(cm^3/m)]转动惯量 [(Moment of Inertia, I(cm^4/m))]
(1) 屈服包络线 [Yield Envelope]:有两个选择,一个是Square,另一个是Diamond。
(2) 屈服力 [Yield Force, np (kN/m)](3) 屈服惯量 [Yield Moment, mp(kNm/m)]
板单元的单位重量 [Unit Weight, w (kg/m/m)]是必须输入的。板单元需要使用界面(interface)与周围岩土体连接,如同Plaxis一样,界面分为正面(+)和负面(-),如果有接触,需要输入材料模型,一般取Mohr-Coulomb模型;此外,还需要输入界面折减系数(Reduction Factor),如果不考虑折减,输入1。如果板单元存在铰接(Hinge),分别对Hinge Begin 和 Hinge End选择Hinge,默认情况下开始和结尾都是No Hinge。板单元具有排干(Drainage)属性,即是否可以渗透,如果考虑渗透,选择Permeable。