桩基承载能力的有限元分析

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群桩荷载沉降曲线 !"# 图
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总群桩效应系数 ! 图
本文最大不足之处， 就是此次采用的桩径较大， 桩长也较长， 因条件限制， 笔者没有做大型模型试验对 有限元结果进行检验， 而且也难找到与文中所采土性参数相匹配的工程实例对其进行考证， 只有留待后面 进一步证实。 参考文献：
科学文献出版社， *%+ 朱以文 $ 微机有限元前后处理系统 ,-.-/01 及其应用 *2+$ 北京： %334$ 中国建筑工业出版社， *!+ 龚晓南 $ 土工计算机分析 *2+$ 北京： !"""$ 中国铁道出版社， %33#$ *4+ 章根德 $ 土的本构模型及其工程应用 *2+$ 北京： 殷宗泽 $ 土工数值分析 *2+$ 北京： 中国铁道出版社， *5+ 钱家欢， %33%$
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结语
造成有限元计算结果与实际工程差异的因素， 笔者认为主要是两种： 网格划分和参数设置。本次有限元
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苏州科技学院学报 （工程技术版）
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模拟计算过程采用静态分析， 为使计算结果精度较高， 网格划分较为规则， 采用自下而上建模方法， 在计算 重点部位如桩侧、 桩端、 承台底网格划分较密， 次要部位则采用渐变原则划分， 在计算前均设定了收敛误差 （"$""%） 和准则， 当单元破坏时， 根据土体单元、 接触面单元的不同破坏特征和模式， 采用了相应的应力修正 方法。土性参数的设置由 &’() 所做实验得出， 较为符合砂土特性。
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第!期 为： ./001./2!。
王月香： 桩基承载能力的有限元分析
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群桩端阻与沉降 $%&’ 图
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端阻群桩效应系数 !% 图
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承台内区土反力 !# &’ 图
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承台外区土阻力的影响 图 * 表示群桩其承台外区土反力!# 均随承台沉降增加， 随桩距增大而增大。这说明了桩距越大， 承台外
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（#)..+） ， 女， 江西九江人， 助教， 硕士。 9作者简介 : 王月香
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表! 接触面单元计算参数表
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计算方案与分析
根据上面所述的分析方法，采用三维八节点等参
单元对承台、 桩、 土进行离散 $ 见图 %。计算时不考虑群 桩底端的横向接触面单元，桩侧的接触面单元延伸至 网格划分的边界。 本文研究对象承受的是竖向荷载， 因 此在承台和承台底土体之间未设置接触面单元。计算 方案为： 承台宽与桩长之比 ! " # 一定， 不同桩距 $&!%、
竖向承载桩基的功能是将作用于承台的竖向荷载传递到深部土层， 以满足上部结构物对于基础的承载 力和变形的要求。由于现代建筑材料性能和成桩技术的发展， 对于各种地质条件、 不同荷载大小， 均可通过 改变桩的界面、 长度和数量， 以及进入良好持力层不同深度等来实现上述要求。因此， 承受竖向荷载的桩基 的应用范围十分广泛。近几十年来， 国内外相关单位对竖向承载桩基承载能力进行了大量的研究， 所采用的 分析手段多为模型试验。虽然模型试验是辅助桩基理论研究的重要手段， 它能够较真实地反映桩体和土体 的受力情况， 但由于群桩的特点， 模型制作和试验工作量大， 试验结果的离散性大， 费用较高， 需要较多的人 力、 物力和场地。与模型试验相比， 采用有限元数值技术进行模拟分析的优点有不需要大量的人力、 物力和 场地， 能大大缩短研究时间、 不易受干扰， 可方便地改变试件的尺寸、 物理参数与环境条件， 可以实现细节和 整体仿真。鉴于上述特点， 有限元数值模拟技术已渐渐成为分析桩基的一种非常有效的方法。基于此， 笔者 利用大型有限元分析软件 234567849#:生成前处理数据， 对有限元数值模拟技术在竖向受荷桩基承载能力分析 中的应用作一探讨。
’%、 (%、 #%，桩周土体为松砂， ’)’ 群桩中侧阻、端阻、
承台内区、 承台外区土阻力、 群桩总承载力的分析。在 分析中， 群桩中所有单桩桩径 %*%+" ,， 低承台， 承台埋 承台板厚为 ! 倍桩径， 承台边缘至边 置深度为 !+" ,， 桩中心距离为 % 倍桩径。
图% 有限元网格离散图
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竖向受荷桩基的有限元数值分析模型和参数
桩、 土、 承台的本构关系 本文采用 <8=5+>3?@8? 模型 9"A*:， 将土体视为加工硬化材料； 采用 <8=5 屈服准则， 并认为材料服从不相
关联流动规则； 采用塑性功硬化规律。模型中包含的 !!、 可由三轴试验确 " #、 $%、 &、 ’ #、 (、 )、 * 36、 + 共 ) 个参数， 定， 桩周土体为松砂。本文采用的土体单元计算参数如表 # 所示， 对于低承台的竖向承载复合桩基而言， 主 要是由于桩周土体出现大片塑性区， 使得群桩位移过大而破坏， 此时， 桩与承台仍处于弹性变形阶段， 故桩 与承台采用线弹性模型。采用 B"% 的混凝土， 其弹性模量取 ";$$C#%. DE8 ， 泊松比取 %;#1. 。
苏州科技学院学报 （工程技术版） 第 #H 卷 第/期
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桩基承载能力的有限元分析
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群桩侧阻沉降 &’(’ 图
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桩侧群桩效应系数 !’ 图
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桩距对端阻的影响 图 ( 表示群桩端阻平均值随承台沉降增加而逐步上升， 上升幅度渐渐减小； 其端阻平均值均随桩距增
大而减小。图 # 表示端阻群桩效应系数 !) 随桩距的变化情况。由图 # 可知， 端阻群桩效应系数 !) 均随桩距 增大而减小。 本文所得曲线趋势与规范基本一致， 而规范曲线的变化更为平缓一些。 如图 # 中规范曲线所示& 而本文得出在桩距的影响下其 !) 的范围为： 小于规范所规定值。 !) 均大于 %； !)*%+!!2"+33， !+’ 桩距对承台内区土阻力的影响 图 4 表示承台内区土反力值*, 随承台沉降 ’ 的增大而逐步上升。图 4 还表明， 对于不同桩距， 处于同一 土质中的群桩来说， 承台内区土反力平均值 *, 随桩距增大而增大。表明当 ! " # 一定时， 桩距越大， 承台内区 承担的荷载就越多， 所起的作用也就越大。 图 5 表示承台内区群桩效应系数!, 随桩距增大而提高。 规范曲线 所示情况为： 且均大于本文所得值。本文所得承台内区群桩效应系数!, 的范围 !, 值随桩距增大呈线性变化，
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桩距对群桩承载力的影响 图 0. 表示不同桩距时群桩承载力随沉降变化的曲线。由图 0. 可见， 无论桩距大小， 其承载力沉降曲线
呈缓变型特征。对于同一类土， 群桩承载力随桩距变化的基本趋势是： 在沉降相等时， 桩距大的复合桩基承 受的荷载值较桩距小的群桩要大。 图 00 表示群桩总效应系数 ! 随桩距的变化情况。 由图 00 可看出， 当桩距 群桩总效应系数 ! 随桩距增大而增大； 当桩距 ),!+ 时， 随桩距增大而减小； 在桩距 ) 4!+ 处出现 )*!+ 时， 均大于 0。由于规范已取消群桩总效应系数 ! ， 故无法进行比较。 !5%6。所得 ! 值范围在 010/& 之间，
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