管土相互作用的案例
管土相互作用的PSI單元
在ABAQUS中，管土相互作用的PSI單元該怎么設(shè)置呢
考慮樁-土相互作用某橋梁樁基靜力計(jì)算分析
樁-土相互作用一直是有限元模擬類(lèi)比較頭疼的問(wèn)題，常規(guī)分析方法分為兩種：
1、采用接觸單元模擬樁-土相互作用，此種方法非線性程度較大，且計(jì)算耗時(shí)，占用計(jì)算資源較多，多用于實(shí)體單元模擬局部細(xì)微結(jié)構(gòu)情況，例如常見(jiàn)的單樁靜力分析。
2、采用彈簧間接模擬樁-土相互作用，此種方法將樁-土之間的相互作用采用等效彈簧來(lái)進(jìn)行模擬，適用于一般工程類(lèi)設(shè)計(jì)，且我國(guó)規(guī)范諸多條文中均有一定的計(jì)算方法，常見(jiàn)設(shè)計(jì)軟件例如Midas civil也均采用此類(lèi)方法進(jìn)行模擬。
本次計(jì)算模擬采用上述第二種方法進(jìn)行。
一、工程概況
承臺(tái)全樁基礎(chǔ)斷面尺寸為8.5m*8.5m，如下圖所示。其中，承臺(tái)厚3m，全樁長(zhǎng)32m，采用4根直徑為2m的鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)混凝土全部采用C30混凝土，彈性模量，泊松比μ=0.2，質(zhì)量密度為2500kg/m3，地基土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m=10000kN/m^4,上部荷載為軸力F=31450KN，水平剪力V=2487KN，彎矩M=5874KN.m，采用ANSYS對(duì)其進(jìn)行靜力計(jì)算分析。
二、模擬思路
按照規(guī)范，地基土堆樁柱側(cè)面的地基系數(shù)隨深度y成正比例增長(zhǎng)，即C=my（m是“m”法的地基系數(shù)），故可先從覆蓋層頂面（沖刷線）向下繪出地基系數(shù)圖，如下圖所示。本例將樁柱全長(zhǎng)等分為18段，各中間集中彈簧的剛度可按下式計(jì)算：
頂部集中彈簧的剛度為：K0=W0*b
各集中彈簧計(jì)算剛度如下
按照上述思路，本工程計(jì)算模擬思路如下：
1）采用beam188模擬樁基礎(chǔ)與承臺(tái)；
2）承臺(tái)與樁基礎(chǔ)樁頂采用MPC184剛臂單元模擬剛接關(guān)系；
3）采用彈簧單元模擬不同深度處土層對(duì)樁的作用，通過(guò)不同彈簧剛度實(shí)現(xiàn)。
展開(kāi) ANSYS樁土相互作用，樁頂豎向靜載，求摩擦力
接觸是target170和173，土體和樁體是solid185采用edp本構(gòu)，keyopt（1）=0，keyopt（12）=2，keyopt（10）=2，keyopt（4）=2，接觸間方向互指，摩擦系數(shù)也定義由于是edp，沒(méi)有粘聚力等，樁側(cè)摩擦力結(jié)果為0，樁底有不同程度摩擦結(jié)果。
基于ANSYS的高樁碼頭樁-土相互作用下受力響應(yīng)分析
本次推送算例以一處高樁碼頭考慮樁-土相互作用收靜載作用下的分析。
研究樁體工作形狀是對(duì)基樁豎向力學(xué)行為分析的前提。樁體與周?chē)馏w的剛度相差很大，一般在兩者的界面處不滿(mǎn)足變形協(xié)調(diào)條件，次數(shù)就需要解除單元來(lái)進(jìn)行處理。因此，從樁-土相互作用的角度出發(fā)，研究樁體-土體的荷載傳遞方式和樁、土層材料對(duì)基樁豎向承載性能的影響，對(duì)正確評(píng)價(jià)樁基豎向承載能力具有重要意義。
樁-土相互作用中所采用的單元
由于土體本身的復(fù)雜性、土層材料的非線性，土體與結(jié)構(gòu)之間的摩擦相互作用產(chǎn)生非連續(xù)的變形，從而使得求解變得更加困難。目前常見(jiàn)的接觸面處理的方式有：（1）直接法；（2）接觸力學(xué)法；（3）接觸面單元法，即在兩相鄰接觸物體邊界上，引入接觸面單元，在相鄰接觸物體間起過(guò)渡作用，通過(guò)增量和迭代手段調(diào)整單元本構(gòu)模型中的參數(shù)，模擬其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，該方法操作簡(jiǎn)單，概念清晰，易于實(shí)現(xiàn)。
ANSYS中對(duì)于3D接觸單元設(shè)置，采用面-面接觸的方式。通常將剛性物體的面，作為目標(biāo)面，即Targe170單元，對(duì)于柔性物體的表面，當(dāng)做接觸面，常采用Conta173單元。
有關(guān)接觸單元和目標(biāo)單元的控制選項(xiàng)與輸出，詳情可去參考王新敏老師的《ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元與應(yīng)用》一書(shū)，里面總結(jié)的非常詳細(xì)，對(duì)于每個(gè)參數(shù)的取值與物理含義都解釋的面面俱到。
在實(shí)際工程中，樁土相互作用接觸面的摩擦系數(shù)選取比較復(fù)雜，它與樁側(cè)表面的粗糙程度有關(guān)，當(dāng)破壞面主要由土體的抗剪強(qiáng)度控制時(shí)，摩擦系數(shù)可能是較大的。一般混凝土樁，對(duì)粘性土的摩擦系數(shù)為0.25~0.4；對(duì)砂土的摩擦系數(shù)為0.5~1.0。--以上內(nèi)容，部分節(jié)選自博士論文《高樁碼頭樁豎向荷載下靜動(dòng)力行為研究》
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