搜索ANSYS中2D應(yīng)力分散型抗拔錨樁水泥土本構(gòu)關(guān)系對(duì)受力性能的影響分析
2017-04-24 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
一、數(shù)值模擬對(duì)象
靖江凱旋國(guó)際廣場(chǎng)基坑工程試驗(yàn)報(bào)告中的不可回收加勁樁JJ01,樁長(zhǎng)18m,傾角30°,插件規(guī)格3×φ15.2,3個(gè)錨定板(也稱分散板),其設(shè)計(jì)剖面圖如下:
水泥土樁體直徑D_pile=600,樁長(zhǎng)pilelength=18000。鋼絞線為3×φ15.2,直徑d_shaft =45.6mm,長(zhǎng)度等于樁長(zhǎng),其中分為自由段6000和錨固段12000。錨固段埋置了3塊分散板,直徑d_plate =200,由淺到深分散板編號(hào)為1、2、3,距離錨固段頂?shù)木嚯x分別為6000、9000、12000。
二、ANSYS數(shù)值模型介紹
1、模型基本尺寸和參數(shù)
為了簡(jiǎn)化分析過程,將上述斜向支護(hù)樁近似為豎向抗拔樁,豎向抗拔樁即可簡(jiǎn)化為2D平面軸對(duì)稱模型,模型中建立了鋼絞線桿軸、水泥土樁體和土體的實(shí)體單元,單元類型為PLANE42。假設(shè)分散板剛度無窮大,分散板與上下水泥土完全粘結(jié),即分散板處水泥土的豎向位移與分散板及連接的桿軸節(jié)點(diǎn)位移相同,模型中沒有建立分散板,通過耦合水泥土與同樣深度的桿軸節(jié)點(diǎn)位移來實(shí)現(xiàn)。桿軸-水泥土樁體、水泥土樁體-土體之間建立了粘結(jié)滑移單元(用法向和切向COMBIN39模擬),水泥土樁底部-土體建立了法向連接彈簧COMBIN39。鋼絞線桿軸PLANE42單元為完全彈性材料,直徑d_shaft =45.6mm(周長(zhǎng)相同,側(cè)摩阻力近似),等效彈性模量EX=0.511e5MPA(保證軸向應(yīng)變和伸長(zhǎng)量相等),土體PLANE42單元為理想彈塑性DP材料,土體彈性模量為11.2MPA,泊松比0.4,粘聚力為12KPA,摩擦角為13.1。
2、模型基本假定
1)分散板為剛度無窮大的剛體,分散板處水泥土的豎向位移與分散板及連接的桿軸節(jié)點(diǎn)位移相同;
2)水泥土樁體-土體之間處于無滑移的粘結(jié)狀態(tài);
3)水泥土樁底部與土體僅建立了法向連接,忽略切向連接;
4)考慮了桿軸-水泥土樁體之間粘結(jié)粘結(jié)退化效應(yīng)。
三、ANSYS水泥土彈性本構(gòu)關(guān)系數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果
1、參數(shù)設(shè)置(2D規(guī)則plane42jingjiangpile20160403.txt),桿軸-水泥土樁體之間粘結(jié)-滑移關(guān)系為三線段五階段模型,考慮粘結(jié)退化,分為彈性、彈性-軟化、彈性-軟化-退化、軟化-退化及退化等五階段。具體計(jì)算結(jié)果詳見博文“ANSYS中2D應(yīng)力分散型抗拔錨樁粘結(jié)應(yīng)力是否退化對(duì)受力性能的影響分析”http://blog.sina.com.cn/s/blog_9f5beef70102x1hk.html
四、ANSYS水泥土彈塑性DP本構(gòu)關(guān)系數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果
1、參數(shù)設(shè)置(2D規(guī)則plane42jingjiangpile20160404.txt、2D規(guī)則plane42jingjiangpile201604041.txt),其他同上述模型,主要區(qū)別有2點(diǎn),第一點(diǎn)是水泥土本構(gòu)關(guān)系不同,0404.txt、04041.txt模型為DP本構(gòu)關(guān)系,粘聚力為350KPA,摩擦角為31.9,膨脹角為0。第二點(diǎn)是收斂標(biāo)準(zhǔn)不同, 04041.txt的收斂標(biāo)準(zhǔn)為CNVTOL,F, ,0.01,2, ,而0404.txt、0403.txt的收斂標(biāo)準(zhǔn)為默認(rèn)收斂標(biāo)準(zhǔn)。
2、計(jì)算過程中的收斂情況記錄
模型0404.txt在默認(rèn)收斂標(biāo)準(zhǔn)下的收斂情況如下,僅能在T=1.0386處收斂。
模型04041.txt在放松收斂標(biāo)準(zhǔn)下的收斂情況如下,僅能在T=1.0521處收斂。
3、鋼絞線頂荷載-位移曲線
模型0404.txt的荷載-位移曲線如下:
TIME FY
1.0100 105936.
1.0200 200559.
1.0268 254896.
1.0298 278147.
1.0328 300384.
1.0374 331614. (極限荷載)
1.0375 328943.
1.0376 328422.
1.0377 327789.
1.0380 327699.
1.0381 328185.
1.0382 329190.
1.0383 330209.
1.0384 331148.
1.0385 332163.
1.0386 333147.
模型04041.txt的荷載-位移曲線如下:
TIME FY
1.0100 105936.
1.0200 200559.
1.0350 329588.
1.0395 355247.
1.0439 373392.
1.0484 395516.
1.0508 408120.
1.0509 402918.
1.0510 404083.
1.0511 405512.
1.0513 406899.
1.0514 407826.
1.0515 408715.
1.0516 409667.
1.0517 410547.
1.0518 411488.
1.0519 412437.
1.0520 413198.
1.0521 413660. (極限荷載)
4、模型04041.txt的不正常計(jì)算結(jié)果
1)在T=1.0521時(shí)的土體豎向位移圖中,樁底正下方的土體產(chǎn)生向下的位移有點(diǎn)不正常。同樣的模型,當(dāng)材料全部為彈性材料(2D規(guī)則plane42jingjiangpile201604042.txt)時(shí),在達(dá)到極限荷載之前,該處土體的位移為向上。但有些水泥土彈性模型在過了極限荷載之后,該部位的土體位移也有向下的情況出現(xiàn),說明水泥土本構(gòu)改為DP并不是引起該異常現(xiàn)象的主要原因。我估計(jì)產(chǎn)生的原因是極限荷載之后模型的數(shù)值計(jì)算原因。
在數(shù)值模擬時(shí),并不是考慮的因素越多,模型越復(fù)雜,其計(jì)算結(jié)果就越符合實(shí)際。有時(shí)適當(dāng)簡(jiǎn)化模型,其計(jì)算結(jié)果更合理。以本次模擬為例,水泥土本構(gòu)關(guān)系按彈塑性DP考慮,計(jì)算結(jié)果有很多失真之處。通過本例,我覺得,水泥土本構(gòu)為彈性或DP,差別不大。
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