用MIDAS模拟桩土相互作用

MIDAS桥梁计算中桩基模拟方法的探讨
-土动力相互作用是较为复杂的问题之一。

各国学者和桥梁设计人员针对桩土作用提出了不同的计算及模拟方法（K法、C值法等），现阶段广为设计人员接受和采用的计算方法为m法；基本原理是将桩作为弹性地基梁进行考虑计算。

本文针对midas计算中桩基础模拟的不同考虑方式进行论述，分析得出不同模拟方式对上部结构计算带来的影响，以对今后桥梁计算有所帮助。

关键词：桩土作用；m法；桩基础模拟
桥梁结构空间建模计算中，桩基结构的模拟方式会很大程度的影响承台底的约束刚度。

承台底约束刚度数值的变化将导致桥梁上部结构同种工况下内力和位移数值有差异。

尤其在现阶段对地震工况下对桥梁的设计，墩顶地震水平力数值对其更为敏感。

本文通过对3x30等截面现浇箱梁地震工况下的midas抗震分析；一种方法通过桩土弹簧对桩体进行模拟，另一种通过桥易软件算出桩顶刚度施加到midas模型中墩底约束。

通过两种方法计算墩顶水平力结果的对比研究，给出在桥梁设计中结构计算的建议。

1 midas模型模拟土弹簧结构计算
工程概况：3x30m等截面现浇箱梁，桥宽13.0m，墩柱采用花瓶墩，支座采用铅芯隔震橡胶支座，中墩桩基础为4颗1.5m直径混凝土灌注桩。

桥梁结构midas模型如图1。

桥梁全桥模型采用梁单元进行建模，主梁与墩柱的连接采用模型中。

围堰桩土模拟midas建模实例前言Midas是一款应用广泛的土木工程建模和分析软件，它的强大功能吸引了越来越多的专业人员使用。

本文将介绍如何使用Midas建模围堰桩土的模拟，并给出一些相关的实例说明，希望能对Midas初学者有所帮助。

Midas简介Midas是一款功能强大的土木工程建模和分析软件，可用于建立复杂的非线性有限元模型。

它支持静力和动力分析，包括土动力学、地震响应、高速列车、桥梁、港口等应用。

Midas拥有良好的用户界面和友好的操作方式，使得使用起来非常方便。

建模步骤本文将以围堰桩土为例，介绍如何使用Midas进行建模模拟。

1.建立模型在Midas中新建一个工程，选择3D空间模型，建立围堰桩土模型。

2.设定材料属性在Midas中，可以自定义模型材料的力学性质，例如弹性模量、泊松比、岩土摩擦角等等。

为围堰桩土模型设定相应的材料属性，以便进行后续的模拟分析。

3.设定荷载在进行实际的分析模拟之前，需要设定荷载。

针对围堰桩土模型，通常需要考虑水压、土压、重载等因素，这些荷载的大小和分布对于模拟分析结果至关重要。

4.设定边界条件对于模型的边界条件也需要进行设定，例如固结位移、阻力边界等。

边界条件的设定将直接影响到分析结果的准确性和可靠性。

5.进行分析模拟在Midas中，可以进行多种形式的分析模拟，例如线性分析、非线性分析等。

利用已有的模型参数，进行分析模拟并得出分析结果。

实例说明下面我们将通过两个实例来说明使用Midas进行围堰桩土模拟的方法。

实例1：围堰土桩分析模拟在本例中，我们需要分析围堰土桩破坏的过程。

首先，我们需要按照上述步骤建立模型，并设置荷载、材料属性和边界条件。

然后进行非线性数值模拟，得出结论：围堰土桩稳定性较差，容易在较小的荷载作用下失稳。

实例2：围堰防渗性能分析模拟这个实例中，我们需要分析围堰的防渗性能。

首先，我们需要按照上述步骤建立模型，并设置荷载、材料属性和边界条件。

然后进行水力数值模拟，得出结论：围堰的防渗性能比较好，可以有效防止水的渗透。

一般来说承台位置桩基的模拟有以下几种方法。

1.不模拟桩时：A．将承台上桩位置视为固定（一般用于扩大基础、沉井基础、锚定等）方法：一般支撑全部固结B．将承台上桩位置视为弹性支承（最普遍的做法）方法：墩底作用六个方向的弹簧等代群桩的作用，这六个弹簧刚度是竖向刚度、顺桥向刚度、横桥向刚度的抗推刚度、绕竖轴的抗扭刚度和绕两个水平轴的抗弯刚度，它们的计算方法与静力法相同，只是考虑到瞬间荷载作用下的抗力比持续荷载作用的大，一般取2.模拟桩时A．端承桩，不考虑桩土共同作用，将桩下端固结。

方法：在桩底全部固结b.端承桩，考虑土对桩的侧向约束，将桩下端固结，桩身隔一段间距布置侧向约束仅受压弹性支承。

c.摩擦桩，考虑土对桩的侧向和竖向约束，桩身隔一段间距布置两个方向的仅受压弹性支承。

方法：用三维梁单元模拟实际的桩基础，用土弹簧单元模拟桩周围土抗力的影响，地震波从桩端或者土弹簧输入。

土弹簧模拟：选择模型>边界条件>面弹性支撑，支撑类型选择节点弹性支撑，单元类型选择梁单元，然后在下面输入三个方向土的基床系数即可，或者三个方向取同样的刚度也可以，基床系数在地质勘探报告或土力学书上查。

单独模拟桩基是可行的，有相关书籍介绍，可把桩基上部视为铰接、抗固、弹性支承等几种方式。

问题：1.要求加上桩土共同作用。

在midas中，用梁单元建桩，然后用弹性支撑模拟桩土共同作用（水平方向），用的是m法。

竖向就在桩端固结了（是嵌岩桩）。

承台用板单元建，将群桩桩顶与承台共同作用（共同节点）。

再往上就是桥墩，用梁单元。

“对桩土联合更加重要的应该是桩底竖向摩阻”。

桩底向摩阻是如何考虑的？是用单元吗？做水平方向的时候用m法，由m值可以方便的得到弹簧的劲度系数。

而竖向用什么参数来模拟弹簧的劲度系数？2．用空间杆系核平面杆系的结果相差应该还是比较大的吧。

3．群桩，我想用如下方法来做：把群桩的等效面积和等效刚度算出（其中等效刚度和面积确定时采用等效宽度b1）不知道行不行。

用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）迈达斯技术2009年05月1、引言土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。

桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。

至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。

从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。

60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国外得到了广泛的应用。

集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。

该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。

以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。

并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。

土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规中土弹簧的计算方法。

我国公路桥涵地基与基础设计规(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。

但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。

特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。

1 用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）北京迈达斯技术有限公司2009年05月1、引言土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。

桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。

至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。

从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。

60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。

集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。

该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。

以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。

并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。

2 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。

我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien 的方法要简单和方便，且为国内广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。

但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。

特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。

名称：单桩桩身内力及轴向承载力计算基本资料：（交通出版社《混凝土简支梁（板）桥》）D=1.2m,E=2.6e7KPa 。

L=22.8m，m=5000Kn/m4,20号混凝土桩顶内力N0=1483.68KN,H0=47.01KN,M0=300.04KNm步骤：1，理论计算：计算宽度b=1.98。

按高度1m射一个横向弹簧。

H=1m弹簧系数计算：对任意一层土：地基系数C=m*h 这里h为当前土到地表的距离。

C上和C下为当前土层上下表面地基系数弹簧系数=b*(C上+C下)/2*hi，hi为当前土层厚度。

模型按每0.5m一个单元，弹簧则每1m一个。

计算后的弹簧系数：(弹簧系数计算表在后面)2、桩身内力：22.8m，每0.5m一个单元，总共46个单元，47个节点。

先在excel中计算坐标。

结构类型：x-z平面材料：20号混凝土截面：D=1.2圆形截面。

首先建立材料和截面由于是普通混凝土结构，所以要折减0.67建立模型：46个单元，注意旋转90度这个建立单元的方法实际上比较麻烦,这里只是演示下方法然后全选—》查询-》节点详细表格把excel中计算的节点坐标copy进去底部节点z方向位移约束选择所有偶数号的节点。

加节点弹性支撑全选—》查询-》节点详细表格节点弹性支撑，然后把excel里的弹簧系数copy进去，注意单位要正确加荷载加自重注意应放在不同的工况中计算！桩身弯矩图：最大弯矩发生在z=3m左右，my=357。

书中查表计算z=2.26 my=359.75 弹簧系数计算表:3、轴向承载力计算：理论计算：关键是摩阻力的模拟U:周长3.93mT：桩侧摩阻力=40kPahi:土层厚度=1mPr:桩尖土极限承载力=312kN假设极限位移0.006m桩尖土弹簧系数：k=Pr/0.006=52000每米土层桩侧摩阻力：P=U/2*1*40=78.6桩侧土弹簧系数：k=P/0.006=13100但是现在要用塑性杆模拟，杆件截面A=0.1m2 L=0.1所以弹性模量E=k=13100 塑性屈服应力=P/A=786kN/m2截面则用数值定义为A=0.1即可材料：4 开始建立模型：选择所有偶数号的节点: 节点复制选取新建节点，单元扩展：然后约束所有杆件的j节点选取新建节点桩尖弹簧设定：选取桩尖节点,先删除此处的z方向约束.然后加节点弹簧最后不要忘了把弹簧单元和相应的桩单元刚性连接这是节点编号的规律在excel中：把选中的数据copy到notepad，然后打开mct命令窗口，输入：*rigidlink 然后copy 按运行5、设定非线性分析选项zz为自重工况，默认只有一个工况，这个目的是建立初始迭代状态，不是必须的。

桩土相互作用对大跨连续刚构桥动力特性的影响高传贤【摘要】以一座大跨连续刚构桥为例,采用大型有限元分析软件midas/civil建立了全桥离散有限元模型,分别比较了全桥在承台底固结、等效土弹簧和等效嵌固3种不同边界条件下的动力特性.计算结果表明:桩土相互作用对大跨连续刚构桥的振型顺序和振型状态影响不大,但对频率影响较大.忽略桩土相互作用会使计算频率偏大,桩土相互作用对第2阶振型频率影响最大.采用适当深度的等效嵌固桩径可以模拟桩土相互作用.进行全桥动力特性分析时,不建议采用承台底固结简化模拟,建议采用土弹簧法来模拟桩土相互作用,以获取更为精确的动力特性计算结果.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P49-52)【关键词】桥梁工程;桩土;共同作用;有限元;等代土弹簧;等效嵌固;模型【作者】高传贤【作者单位】山西省公路局长治分局,山西长治046000【正文语种】中文【中图分类】U448.230 引言《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）[1]第6.3.8条：建立桥梁抗震分析模型应考虑桩土的共同作用，桩土的共同作用可用等代土弹簧模拟，等代土弹簧的刚度可用表征土介质弹簧值的m参数来计算。

同济大学孙利民等人进行了桥梁桩土相互作用的集中质量模型及参数确定，提出了改进的集中质量模型来模拟桩土相互作用[2]。

同济大学刘伟岸等人进行了桥梁桩基抗震简化模式的分析与探讨，分析桩基边界不同模拟条件对桥墩内力的影响[3]。

重庆大学刘立平等人进行了桩—土动力相互作用对桩基变形特性和受力性能的影响，分析得出在桩的动力分析中，必须考虑桩周土的影响[4]。

李黎等人进行了桩—土—桥相互作用对隔震连续梁桥地震响应的影响，分析得出桩土相互作用对桥梁地震响应的影响不容忽略[5]。

本文以一座大跨连续刚构桥为研究对象，建立了不考虑桩土相互作用、考虑桩土相互作用（等代土弹簧法和等效嵌固法）3种有限元模型，通过3种有限元模型的动力特性分析，研究桩土相互作用对大跨连续刚构桥的动力特性影响。

midas模拟桩土作用计算书英文回答：Midas simulation pile-soil interaction calculation book is a comprehensive guide that provides detailed information on the analysis and design of pile foundations. It is a valuable tool for engineers and designers involved in geotechnical engineering projects.The book covers various aspects of pile-soil interaction, including the behavior of piles underdifferent load conditions, the effects of soil properties on pile response, and the methods for analyzing and designing pile foundations. It also includes practical examples and case studies to illustrate the concepts and techniques discussed.One of the key features of the Midas simulation pile-soil interaction calculation book is its use of advanced numerical methods and computer simulations. The bookintroduces the Midas GTS software, which is a powerful tool for modeling and analyzing pile foundations. With this software, engineers can simulate the behavior of piles and soil under different loading conditions and evaluate the performance of the foundation system.For example, let's say I am working on a project that involves the design of a pile foundation for a high-rise building. Using the Midas GTS software, I can model thesoil and pile system and simulate the behavior of the foundation under different load conditions, such asvertical loads, lateral loads, and dynamic loads. This allows me to assess the performance of the foundation and make necessary adjustments to ensure its stability and safety.中文回答：《Midas模拟桩土作用计算书》是一本全面的指南，提供了有关桩基础分析和设计的详细信息。

MIDAS CIVIL 软件在高桩码头结构内力分析中的应用摘要：本文简要介绍了MIDAS CIVIL软件，并以某港高桩码头为例，采用有限元软件MIDAS CIVIL对高桩码头进行三维整体有限元建模，并对不同荷载工况作用下的码头整体结构的受力情况进行分析，获得了较为准确合理的计算结果，可以作为码头设计工作的参考。

关键词：高桩码头；MIDAS；结构设计；1.前言高桩码头是港口工程结构中最普遍的码头结构型式之一，它以构件受力明确合理，材料用量较少，装配程度高，施工速度快等优点，目前得到了广泛采用[1]。

传统方法是将码头简化为二维平面结构，同时空间荷载通过分配系数等方法作用于简化断面。

由于码头面荷载较复杂多变，且存在移动荷载，传统方法存在一定局限性。

随着计算机技术的发展，越来越多三维有限元软件开始应用于港口工程，例如ANSYS、LUSAS、MIDAS等。

其中MIDAS CIVIL是一款通用的有限元软件，适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、机场、大坝、港口等结构的分析与设计[2]。

MIDAS CIVIL主要有以下特点：提供菜单、表格、文本、导入CAD和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能，并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到最高；提供桁架、一般梁/变截面梁、平面应力/平面应变、只受拉/只受压、间隙、钩、索、加劲板轴对称、板（厚板/薄板、面内/面外厚度、正交各向异向）、实体单元（六面体、楔形、四面体）等工程实际时所需的各种有限元模型；可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。

提供静力和动力分析的动画文件；提供移动荷载追踪器的功能，可找出指定单元发生最大内力（位移等）时，移动荷载作用的位置；提供局部方向内力的合力功能，可将板单元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。

2.工程概况2.1.工程简介某工程码头通过长135m，宽8.5m的引桥与电厂厂区相接。

平直段引桥长90m，靠近电厂南护岸的45m引桥从高程6.7m放坡至高程4.83m，坡度为4.16%，引桥与电厂取水口基槽坡顶距离超过50m。

第一章“文件”中的常见问题 21.1 如何方便地实现对施工阶段模型的数据文件的检查? 21。

2 如何导入CAD图形文件？ 21。

3 如何将几个模型文件合并成一个模型文件? 31.4 如何将模型窗口显示的内容保存为图形文件？ 4第二章“编辑”中的常见问题 22.1 如何实现一次撤销多步操作？ 2第三章“视图”中的常见问题第四章“模型”中的常见问题 34.1 如何进行二维平面分析？ 34.2 如何修改重力加速度值？ 34.3 使用“悬索桥建模助手”时，如何建立中跨跨中没有吊杆的情况？＊ 34。

4 使用“悬臂法桥梁建模助手”时，如何定义不等高桥墩? 44。

5 程序中的标准截面，为什么消隐后不能显示形状？＊ 44.6 如何复制单元时同时复制荷载？ 54。

7 复制单元时，单元的结构组信息能否同时被复制？ 54。

8 薄板单元与厚板单元的区别？ 64.9 如何定义索单元的几何初始刚度？ 64。

10 索单元输入的初拉力是i端或j端的切向拉力吗？ 74.11 如何考虑组合截面中混凝土的收缩徐变？ 84。

12 定义收缩徐变函数时的材龄与定义施工阶段时激活材龄的区别?＊ 84。

13 如何自定义混凝土强度发展函数？ 94。

14 如何定义变截面梁？* 94.15 使用“变截面组”时,如何查看各个单元截面特性值？＊ 104.16 如何定义鱼腹形截面? 114。

17 如何定义设计用矩形截面？* 114。

18 如何输入不同间距的箍筋？* 124.19 定义联合截面时，“梁数量”的含义？ 134。

20 如何定义哑铃形钢管混凝土截面？ 134.21 导入mct格式截面数据时，如何避免覆盖已有截面？ 144。

22 如何定义“设计用数值型截面”的各参数? 164.23 如何考虑横、竖向预应力钢筋的作用？ 174。

24 板单元“面内厚度”与“面外厚度”的区别？ 184.25 定义“塑性材料”与定义“非弹性铰”的区别？ 194.26 定义“非弹性铰”时，为什么提示“项目：不能同时使用的材料、截面和构件类型”？ 20 4.27 为什么“非弹性铰特性值”不能执行自动计算? 214.28 为什么“非弹性铰特性值”自动计算的结果P1〉P2？ 214.29 程序中有多处可定义“阻尼比”,都适用于哪种情况？ 224。

1 用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）北京迈达斯技术有限公司2009年05月1、引言60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。

集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。

该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。

以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。

并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。

土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。

我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien 的方法要简单和方便，且为国内广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。

但是，由于桩-土相2 互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。

特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。

本次介绍的土弹簧的模拟是采用规范中的“m法”确定土的地基系数C（m的取值根据土的物性而定）,再由其算出土弹簧的水平刚度。

2、采用“m”法，确定土弹簧刚度桩在横轴向荷载作用下桩身的内力和位移计算，国内外学者提出了许多方法。

目前较为普遍的是桩侧土采用文克尔假定，通过求解挠曲微分方程，再结合力的平衡条件，求出桩各部位的内力和位移，该方法称为弹性地基梁法。

以文克尔假定为基础的弹性地基梁法从土力学观点看是不够严密的，但其基本概念明3确，方法简单，所得结果一般较安全，在国内外工程界得到广泛应用。

收稿日期5作者简介蒋成强(),男,年毕业于兰州交通大学土木工程学院桥梁与隧道工程专业,工学硕士,助理工程师。

文章编号:1672-7479(2010)05-0082-03桩-土-结构相互作用对铁路大跨连续刚构桥地震反应的影响蒋成强(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)In fl uence of In teraction bet ween P ile and Soil o n Anti seis m ic P erform anceof Ra ilroad Con ti nuous R igi d F ra m e Bridge w ith Large SpanJi ang Chengq i ang摘要以某铁路跨黄河连续刚构桥为研究对象,应用大型有限元分析软件M I D AS ,建立了该桥的三维有限元模型,采用质量弹簧体系模拟基础和地基,分析了地质条件改变对该桥动力特性和地震响应的影响,所得结论可为今后大型桥梁的设计研究提供参考。

关键词桩-土-结构相互作用大跨连续刚构桥动力特性地震反应分析中图分类号:U44823文献标识码:B地震是一种自然现象。

全球每年平均发生破坏性地震近千次,其中震级达7级或7级以上的大地震约十几次,给人类带来了极大的灾难,严重地威胁到人们的财产及生命安全[1]。

有关地基基础的震害在各次地震中都有发生,造成的破坏及其后果令人震惊。

桩基是建于软弱土层中的桥梁最常用的基础形式。

桩-土-结构动力相互作用使结构的动力特性、阻尼和地震反应发生改变,主要表现为自振周期延长、阻尼增加、内力及位移反应改变等[2],而忽略这种改变并不总是偏安全的。

因此,对建立在桩基上的上部结构进行抗震分析时,有必要将桩-土-结构作为一个整体来研究,并且考虑其相互作用的影响。

以某铁路跨黄河连续刚构桥为例,建立了该桥的空间有限元模型,并通过改变地质条件,研究场地土的刚度对该桥动力特性和地震反应的影响,得出了有益的结论,可供抗震设计时参考。

midas/civil进行桩土模拟近期好多人询问如何采用midas/civil进行桩土模拟，个人搜集并总结了一些东西与大家共享，可能不全面，如果大家有什么好意见、建议或者想法也可以跟贴：一般来说承台位置桩基的模拟有以下几种方法。

1. 不模拟桩时:a. 将承台上桩位置视为固定（一般用于扩大基础、沉井基础、锚定等）。

方法：一般支撑全部固结b. 将承台上桩位置视为弹性支承(最普遍的做法)方法：墩底作用六个方向的弹簧等代群桩的作用，这六个弹簧刚度是竖向刚度、顺桥向刚度、横桥向刚度的抗推刚度、绕竖轴的抗扭刚度和绕两个水平轴的抗弯刚度，它们的计算方法与静力法相同，只是考虑到在瞬间荷载作用下的抗力比持续荷载作用的大，一般取2. 模拟桩时a. 端承桩，不考虑桩土共同作用，将桩下端固结。

方法：在桩底全部固结b. 端承桩，考虑土对桩的侧向约束，将桩下端固结，桩身隔一段间距布置侧向约束仅受压弹性支承。

c. 摩擦桩，考虑土对桩的侧向和竖向约束，桩身隔一段间距布置两个方向的仅受压弹性支承。

方法：用三维梁单元模拟实际的桩基础，用土弹簧单元模拟桩周围土抗力的影响，地震波从桩端或者土弹簧输入。

土弹簧模拟：选择模型〉边界条件〉面弹性支撑，支撑类型选择节点弹性支撑，单元类型选择梁单元，然后在下面输入三个方向土的基床系数即可，或者三个方向取同样的刚度也可以，基床系数在地质勘探报告或土力学书上查。

单独模拟桩基是可行的，有相关书籍介绍，可把桩基上部视为铰接、抗固、弹性支承等几种方式。

问题：1、要求加上桩土共同作用。

在midas 中，用梁单元建桩，然后用弹性支撑模拟桩土共同作用（水平方向），用的是m 法。

竖向就在桩端固结了（是嵌岩桩）。

承台用板元建，将群桩桩顶与承台共同作用（共用节点）。

再往上就是桥墩，用梁单元。

“对桩土联合更加重要的应该是桩底竖向摩阻”。

桩底竖向摩阻是如何考虑的？是用弹簧单元吗？做水平方向的时候用m 法，由m 值可以方便的得到弹簧的劲度系数。

名称：单桩桩身内力及轴向承载力计算基本资料：（交通出版社《混凝土简支梁（板）桥》）D=1.2m,E=2.6e7KPa 。

L=22.8m，m=5000Kn/m4,20号混凝土桩顶内力N0=1483.68KN,H0=47.01KN,M0=300.04KNm步骤：1，理论计算：计算宽度b=1.98。

按高度1m射一个横向弹簧。

H=1m弹簧系数计算：对任意一层土：地基系数C=m*h 这里h为当前土到地表的距离。

C上和C下为当前土层上下表面地基系数弹簧系数=b*(C上+C下)/2*hi，hi为当前土层厚度。

模型按每0.5m一个单元，弹簧则每1m一个。

计算后的弹簧系数：(弹簧系数计算表在后面)2、桩身内力：22.8m，每0.5m一个单元，总共46个单元，47个节点。

先在excel中计算坐标。

结构类型：x-z平面材料：20号混凝土截面：D=1.2圆形截面。

首先建立材料和截面由于是普通混凝土结构，所以要折减0.67建立模型：46个单元，注意旋转90度这个建立单元的方法实际上比较麻烦,这里只是演示下方法然后全选—》查询-》节点详细表格把excel中计算的节点坐标copy进去底部节点z方向位移约束选择所有偶数号的节点。

加节点弹性支撑全选—》查询-》节点详细表格节点弹性支撑，然后把excel里的弹簧系数copy进去，注意单位要正确加荷载加自重注意应放在不同的工况中计算！桩身弯矩图：最大弯矩发生在z=3m左右，my=357。

书中查表计算z=2.26 my=359.75 弹簧系数计算表:3、轴向承载力计算：理论计算：关键是摩阻力的模拟U:周长3.93mT：桩侧摩阻力=40kPahi:土层厚度=1mPr:桩尖土极限承载力=312kN假设极限位移0.006m桩尖土弹簧系数：k=Pr/0.006=52000每米土层桩侧摩阻力：P=U/2*1*40=78.6桩侧土弹簧系数：k=P/0.006=13100但是现在要用塑性杆模拟，杆件截面A=0.1m2 L=0.1所以弹性模量E=k=13100 塑性屈服应力=P/A=786kN/m2截面则用数值定义为A=0.1即可材料：4 开始建立模型：选择所有偶数号的节点: 节点复制选取新建节点，单元扩展：然后约束所有杆件的j节点选取新建节点桩尖弹簧设定：选取桩尖节点,先删除此处的z方向约束.然后加节点弹簧最后不要忘了把弹簧单元和相应的桩单元刚性连接这是节点编号的规律在excel中：把选中的数据copy到notepad，然后打开mct命令窗口，输入：*rigidlink 然后copy按运行5、设定非线性分析选项zz为自重工况，默认只有一个工况，这个目的是建立初始迭代状态，不是必须的。

Midas如何模拟双薄壁墩-承台-桩基础体
系
很多五孔已连续刚构桥采用双薄壁墩结构，如图10a所示。

其墩
梁连接的模拟已在“说桥17”中讨论，此处讨论桥墩与承台及桩基础
组成的评价体系如何模拟（图10a中圆圈内的部位）。

图10双薄壁墩-承台-桩基础的模拟
对于这种连接的模拟可以采用引入多种方法。

例如，可以按照图
10b所示方法或进行模拟。

因为承台的多半受力特征为受弯和受剪，因此图中承台单元为水平放置的梁单元。

单元和桩单元可以采用带刚臂
单元与承台节点连接，也可以不用带刚臂类别，而采用主从节点与承
台节点相连。

对于实践经验的弹性支承作用，则可近似采用竖向及水
平制动器支承于桩单元节点上（图中未画出）。

如果想简化计算，也可以如图10c所示那样，把所有桩基础及所
受约束简化为一个弹簧支承，该弹簧具有水平、竖向及转动约束。

这
样做还有一个好处，即当需要次算出基础不均匀沉降引起的次内力时，能够通过一个支承使同一基础上的双壁墩的两个壁（即两个墩柱）同
时沉降，比较符合实际异常情况。

而若采用图10b的模型，则各根桩
都有独立的限制，因此男团很难进行尤为不利的基础不均匀沉降组合。

如果把承台取消，反之亦然在两个控管墩柱底各设置一个约束，当软
件不能自动把这种危急情况识别为一个基础时，也会使两个墩柱分别
沉降，从而引起巨大的次内力，这是不符合实际异常情况的。

midas/civil进行桩土模拟一般来说承台位置桩基的模拟有以下几种方法。

1. 不模拟桩时:a. 将承台上桩位置视为固定（一般用于扩大基础、沉井基础、锚定等）。

方法：一般支撑全部固结b. 将承台上桩位置视为弹性支承(最普遍的做法)方法：墩底作用六个方向的弹簧等代群桩的作用，这六个弹簧刚度是竖向刚度、顺桥向刚度、横桥向刚度的抗推刚度、绕竖轴的抗扭刚度和绕两个水平轴的抗弯刚度，它们的计算方法与静力法相同，只是考虑到在瞬间荷载作用下的抗力比持续荷载作用的大，一般取2. 模拟桩时a. 端承桩，不考虑桩土共同作用，将桩下端固结。

方法：在桩底全部固结b. 端承桩，考虑土对桩的侧向约束，将桩下端固结，桩身隔一段间距布置侧向约束仅受压弹性支承。

c. 摩擦桩，考虑土对桩的侧向和竖向约束，桩身隔一段间距布置两个方向的仅受压弹性支承。

方法：用三维梁单元模拟实际的桩基础，用土弹簧单元模拟桩周围土抗力的影响，地震波从桩端或者土弹簧输入。

土弹簧模拟：选择模型〉边界条件〉面弹性支撑，支撑类型选择节点弹性支撑，单元类型选择梁单元，然后在下面输入三个方向土的基床系数即可，或者三个方向取同样的刚度也可以，基床系数在地质勘探报告或土力学书上查。

单独模拟桩基是可行的，有相关书籍介绍，可把桩基上部视为铰接、抗固、弹性支承等几种方式。

问题：1、要求加上桩土共同作用。

在 midas 中，用梁单元建桩，然后用弹性支撑模拟桩土共同作用（水平方向），用的是 m 法。

竖向就在桩端固结了（是嵌岩桩）。

承台用板元建，将群桩桩顶与承台共同作用（共用节点）。

再往上就是桥墩，用梁单元。

“对桩土联合更加重要的应该是桩底竖向摩阻”。

桩底竖向摩阻是如何考虑的？是用弹簧单元吗？做水平方向的时候用 m 法，由 m 值可以方便的得到弹簧的劲度系数。

而竖向用什么参数来模拟弹簧的劲度系数？2、用空间杆系核平面杆系的结果相差应该还是比较大的吧。

3、群桩，我想用如下方法来做：把群桩的等效面积和等效刚度算出（其中等效刚度和面积确定时采用等效宽度 b1）不知道行不行。