ANSYS分析彈性模量對基樁承載力的影響
關鍵詞：樁土接觸，彈性模量，ANSYS
1、單樁容許承載力的確定
對于鉆孔灌注樁的基樁軸向容許承載力，可由靜載試驗法、經(jīng)驗公式法、靜力觸探試驗以及大應變法確定基樁容許承載力。
1.1靜載試驗法
靜載試驗確定單樁容許承載力是在通過試驗繪制的P-s曲線上取特征點所對應的作用荷載作為極限荷載，然后將極限荷載值除以安全系數(shù)（規(guī)范規(guī)定為2）確定單樁容許承載力。
1.2經(jīng)驗公式法
《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》根據(jù)大量靜載試驗結果，給出了各種樁型的單樁容許承載力估算公式。
1.3靜力觸探試驗
靜力觸探法是利用觸探儀的探頭貫入土中時的貫入阻力與單樁在土中的工作性狀有相類似的特點，將所測得的探頭的貫入阻力經(jīng)分析研究，確定軸向受壓單樁容許承載力。
1.4其他方法
除上述方法外，我們還可以按照大應變法、靜力法確定單樁容許承載力。
2、有限元模擬
2.1有限元法分析問題的基本步驟
�。�1）結構離散化，將結構或連續(xù)介質離散為有限個單元；
�。�2）選擇位移模式，確定位移函數(shù)；
�。�3）分析單元力學特性；
�。�4）建立剛度方程；
�。�5）利用剛度方程求出節(jié)點位移，進而求出單元的應力、應變。
2.2實例分析
2.2.1選擇單元類型
樁身和土體均采用8節(jié)點實體單元Solid45模擬，土體采用DP材料。樁體與土體接觸面剛體—柔體面面接觸，定義樁底面與樁側面為剛性目標面，目標面單元選取targe170，定義與樁底與樁側接觸的土體的內側為接觸面，采用conta173單元模擬。
2.2.2基樁參數(shù)選取
此試樁截面為圓形，樁徑1m，樁長15.2m，建模時取1/4樁模型進行分析，基樁入土深度為14.5m，上部0.5m暴露在土體外面，土體模型樁側面取5倍樁徑，土體深度取2倍樁長，深度為30m，混凝土彈性模量取30MPa。
2.2.3建立有限元模型
對該模型進行映射網(wǎng)格劃分，映射體網(wǎng)格只含有六面體結構，比自由網(wǎng)格有更高的求解精度。映射網(wǎng)格劃分后的模型。
2.2.4設置面面接觸
與土體接觸的樁體側面和底面作為目標面采用Targe170單元，與樁體接觸的土體表面作為接觸面采用Contac173單元，經(jīng)試算本模型法向接觸剛度Fkn取為1，同樣，切向接觸剛度也取為1。
2.2.5定義約束
樁體與土體的兩個側面為對稱約束，土體底面約束全部自由度，樁和土的頂面為自由面。
2.2.6加載及求解
施加軸向荷載，按照靜載試驗的加載步驟，分為十級加載，一級加載500kN，加載至基樁極限承載力5000kN，在軟件中運用時間—載荷子步數(shù)目方式控制，time1，time2……。當加載至500KN時，可以從模型沿Z方向位移等值線圖中觀察到樁頂沉降為0.0021m，如圖2。繼續(xù)加載至5000KN時，樁頂沉降為0.0374m，如圖3。
2.2.6改變參數(shù)并求解
改變樁身混凝土彈性模量，分別增加、減小30%，及樁身混凝土彈性模量取為21Mpa和39Mpa，觀察樁頂沉降，發(fā)現(xiàn)樁頂沉降為0.0385m，0.0368m，分別變化2.9%和1.6%。由此可見，樁身混凝土彈性模量的變化不會影響到基樁極限承載力。
3、結論
1）可以運用Ansys軟件模擬樁土接觸面，根據(jù)靜載試驗的加載方式對基樁施加軸向荷載，并得出基樁樁頂?shù)奈灰啤?/p>
2）可以采用Drucker-Prager模型模擬土體，但是模擬參數(shù)的不確定性易造成收斂困難。
3）樁身混凝土彈性模量的變化對樁頂位移影響不大。對樁身混凝土彈性模量分別增大和減小30%，樁頂位移分別變化2.9%和1.6%，通過增大樁身混凝土彈性模量來提高基樁極限承載力的方法是無效的。
參考文獻：
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