樁基礎(chǔ)有限元極限分析應(yīng)用研究—強(qiáng)度折減法

1、 apasiappiRqqAul其中，單樁豎向承載力特征值；樁端端阻力；第i層地基樁側(cè)摩阻力樁端截面積；樁周長； 第i層地基樁長。apappsiaiRqAuql( , , , )( , , , )apaqaRRL S M cRL S M c 以上參數(shù)有限元軟件后，既可以上參數(shù)有限元軟件后，既可分析樁的豎向承載力特征值。分析樁的豎向承載力特征值。/cc Ftan(tan/)arcF GUI前處理器界面樁型參數(shù)輸入建模 巖土材料參數(shù)不僅涉及到樁土材料參數(shù)的輸入，而且涉及到接觸界面材料力學(xué)性質(zhì)，因此建議采用APDL參數(shù)化語言編程方法，便捷地實(shí)現(xiàn)參數(shù)的輸入。如： MPDATA,EX,2,TM1 （彈性

2、模量輸入） MPDATA,PRXY,2,PSB1 （泊松比輸入） TB,DP,2, （使用DP準(zhǔn)則） TBMODIF,1,1,CJG1 （黏聚力輸入）TBMODIF,1,2,JDJG1 （內(nèi)摩擦角輸入） TBMODIF,1,3,JDJG1 （膨脹角輸入） MPDATA,MU,2,MC1 （摩擦系數(shù)輸入） TM1=6e6 （彈性模量）PSB1=0.3 （泊松比）MD1=1800 （密度）CSR1=11500 （黏聚力）JDSR1=15 （內(nèi)摩擦角）CZH11=CSR1/F （黏聚力折減）. 不同的施工工法，樁、土界面的材料的力學(xué)性質(zhì)不同。因此，在分網(wǎng)完成后，采用改變樁地基界面地基材料的方法考慮因

3、施工引起的界面材料性質(zhì)變化。A17A3A2A622 3sin2 3 (9sin)26 3 cos2 3 (9sin)ck樁土接觸單元 目標(biāo)面接觸面網(wǎng)格變形 圖 樁基礎(chǔ)有限元計(jì)算模型網(wǎng)格圖 (a) 實(shí)體分網(wǎng) (b)樁身分網(wǎng)荷載增量法計(jì)算的P-s曲線載荷試驗(yàn)的P-s曲線 載荷試驗(yàn)P-s曲線是一條不完整試驗(yàn)曲線，實(shí)際使用的極限載荷為加載最大量級(jí)，即1600kN。 使用有限元極限分析方法荷載增量法的計(jì)算P-s曲線和其LogP-s曲線判定的極限荷載2240kN。樁折減系數(shù)位移曲線樁基礎(chǔ)折減系數(shù)樁端阻力曲線 使用強(qiáng)度折減法計(jì)算的折減系數(shù)位移曲線如左圖。安全儲(chǔ)備系數(shù)F=1.67，計(jì)算的極限荷載為2672kN

4、。 折減系數(shù)端阻力曲線如左圖。在安全儲(chǔ)備系數(shù)F=1.61.7之間，曲線表現(xiàn)為V型， F=1.67時(shí)端阻力達(dá)到局部極小值，即突變拐點(diǎn)，而后端阻力快速提高，具有明顯的塑性流動(dòng)和再硬化的特征。 樁頂荷載1600kN時(shí)折減系數(shù)為1.67的樁基礎(chǔ)等色圖(b) 等效塑性應(yīng)變(a) Z向位移 強(qiáng)度折減法計(jì)算的極限荷載為2672kN；荷載增量法的計(jì)算P-s曲線和其LogP-s曲線判定的極限荷載2560kN。兩者相差112kN，誤差率為4.38%，但使用強(qiáng)度折減法計(jì)算得到的折減系數(shù)-位移曲線具有明顯物理意義的拐點(diǎn)。 靜載荷試驗(yàn)試驗(yàn)，樁頂荷載為1600kN時(shí)的沉降量15.05 mm；卸載后樁頂?shù)幕貜椓繛?.51m

5、m，占總沉降量的49.9%，說明1600kN時(shí)樁體的彈性壓縮占了較大部分，樁土承載能力遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮，以1600kN作為極限荷載明顯過于保守。 通過強(qiáng)度折減法的可知，該樁基礎(chǔ)的極限載荷的安全儲(chǔ)備系數(shù)為1.67。 圖 樁基礎(chǔ)有限元計(jì)算模型網(wǎng)格圖 大直徑樁基礎(chǔ)的載荷試驗(yàn)曲線（P-s曲線）在3600kN時(shí)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，該樁極限荷載確定為3600kN。 荷載增量法的計(jì)算P-s曲線和其LogP-s曲線判定的極限荷載3600kN，但受到變形模量參數(shù)的各項(xiàng)異性影響，曲線，但受到變形模量參數(shù)的各項(xiàng)異性影響，曲線很難形成較好的擬合很難形成較好的擬合。荷載增量法計(jì)算的P-s曲線載荷試驗(yàn)的P-s曲線樁折減系數(shù)位

6、移曲線樁基礎(chǔ)折減系數(shù)樁端阻力曲線 使用強(qiáng)度折減法計(jì)算的折減系數(shù)位移曲線如左圖。安全儲(chǔ)備系數(shù)F=1.02，計(jì)算的極限荷載為3672kN。 折減系數(shù)端阻力曲線如左圖。在安全儲(chǔ)備系數(shù)F=1.011.03之間，曲線表現(xiàn)為V型， F=1.02時(shí)端阻力達(dá)到局部極小值，即突變拐點(diǎn)，而后端阻力快速提高，具有明顯的塑性流動(dòng)和再硬化的特征。 樁頂荷載3600kN時(shí)折減系數(shù)為1.02的樁基礎(chǔ)等色圖(c) 等效塑性應(yīng)變(a) Z向位移 大直徑樁基礎(chǔ)的靜載荷試驗(yàn)得到的P-s曲線比較完整，依次判定的極限承載力為3600kN。 強(qiáng)度折減法計(jì)算的極限荷載為3672kN；荷載增量法的計(jì)算P-s曲線和其LogP-s曲線判定的極限荷載3600kN。兩者相差72kN，誤差率為2.0%。 采用荷載增量極限分析方法計(jì)算的P-s曲線受到巖土材料物理性質(zhì)各項(xiàng)異性的影響，較難與靜載荷試驗(yàn)