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第 !" 卷第 ! 期%&’(!" )&(!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!##" 年 $ 月*>;( !##"*+,-./01 2. 3/20./0 -.+ 40/5.&’&6!7 &8 9-:0; <01&=;/01作者简介: 曹广德 (?@"A —),男,江苏新沂人,博士研究生,从事水利水电工程建设管理。 BCD-2’: 6+/-&E?"F( /&D基于梁单元的薄壁筒桩与土相互作用分析曹广德,李同春(河海大学水利水电工程学院,江苏 南京!?##@G)摘要: 用三维梁单元模拟混凝土薄壁筒桩的受力变形特征,用薄层接触面单元模拟桩与土体之间的相互作用,薄壁圆筒表面上的结点线位移用梁单元出口结点的线位移和转角位移表示,根据静力平衡条件提出了由接触面约束内力和桩上作用荷载求解桩体内力的计算公式,从而建立了桩 土相互作用的有限元分析方法。 对某工程薄壁筒桩在水平荷载作用下的桩体变形和内力进行分析, 并与现场试验结果进行了比较,结果表明上述分析方法是正确的。关键词: 薄壁筒桩;桩土相互作用;梁单元;接触面单元;有限元分析中图分类号: 4%FF!H?!文献标识码: *文章编号:?##"!A"$A (!##")#!!##F$!#F!"#$ "%"$"&’()#*"+ ,-&-’" "%"$"&’ #&#%.*-* /, -&’"0#1’-/& )"’2""& */-% #&+ ’3-&(2#%%"+ 1.%-&+0-1#% 4-%"*55I*J K=-.6C+0,LM 4&.6C/5=. ( !"##$%$ "&’()$* !"+,$*-(+./ (+0 1/0*"2"3$* 4+%5+$$*5+%, 1"6(5 7+5-$*,5)/, 8(+95+% !?##@G, !65+()6)*’0#1’: 450 FCN O0-D 0’0D0.: P-1 =10+ 8&; 12D=’-:2.6 :50 1:;011C+08&;D-:2&. /5-;-/:0;21:2/1 &8 /&./;0:0 :52.CP-’’0+ /7’2.+;2/-’ >2’01,-.+ :50 :52. ’-70; 2.:0;8-/0 0’0D0.: P-1 =10+ 8&; 12D=’-:2.6 :50 2.:0;-/:2&. O0:P00. 1&2’ -.+ >2’01( 450 .&+-’ ’2.0-; +21>’-/0D0.: &. :501=;8-/0 &8 :52.CP-’’0+ /7’2.+;2/-’ >2’01 P-1 0Q>;0110+ P2:5 :50 ’2.0-; -.+ -.6=’-; +21>’-/0D0.:1 -: 0Q2: .&+01 &8 O0-D 0’0D0.:1( 450/&D>=:-:2&.-’ 8&;D=’- 8&; 2.:0;.-’ 8&;/01 &8 >2’01 2. :0;D1 &8 2.:0;8-/0 ;01:;-2.2.6 8&;/01 -.+ ’&-+1 &. >2’01 P-1 62,0. O7 =10 &8 :50 1:-:2/0R=2’2O;2=D /&.+2:2&.1, -.+ :50 82.2:0 0’0D0.: -.-’7121 D0:5&+ 8&; 2.:0;-/:2&. O0:P00. >2’01 -.+ 1&2’ P-1 8=;:50; +0,0’&>0+( 450 D0:5&+P-1 ->>’20+ :& +08&;D-:2&. -.+ 2.:0;.-’ 8&;/0 -.-’7121 8&; :52.CP-’’0+ /7’2.+;2/-’ >2’01 =.+0; 5&;2S&.:-’ ’&-+1 2. - >;&T0/:, -.+ /&;;0/:.011&8 :50 D0:5&+ P-1 ,0;2820+ O7 /&D>-;21&. &8 :50 -.-’7S0+ ;01=’: P2:5 :5-: &8 :50 820’+ :01:(7". 2/0+*: :52.CP-’’0+ /7’2.+;2/-’ >2’0; 2.:0;-/:2&. O0:P00. >2’0 -.+ 1&2’; O0-D 0’0D0.:; 2.:0;8-/0 0’0D0.:; 82.2:0 0’0D0.: -.-’7121桩 土相互作用的有限元分析中,桩结构的有限元模拟有许多方法, 对于群桩有平面杆系有限元方法[?]、等代空间梁单元法[!]等; 而单桩则有常规实体单元法[F]、梁杆单元法[$,U]等。 采用一般的梁杆单元来离散桩结构忽略了桩体的几何结构,避免了网格加密,一定程度上反映了桩 土相互作用的特点,但如何合理考虑桩 土相互作用及变形协调是问题的关键。文献 ["]提出的广义位移法为解决桩与土体间的变形协调问题提供了很好的思路,文献 [A]在实体桩与土体的相互作用中得到了应用。 桩 土相互作用一般通过接触面单元来模拟,分为无厚度的弹簧单元[G]和厚度较小的薄层单元[@],但用梁单元模拟桩并同时解决好桩 土相互作用及变形协调问题的研究并不多见。随着施工机械及施工工艺的提高,工程中越来越多地采用强度高、混凝土用量省的薄壁圆筒空心桩,这种桩 土相互作用的研究也不多见。 本文以梁单元模拟桩体的受力变形特性,用广义位移法解决桩与土间的变形协调问题,同时采用厚度较小的薄层单元模拟桩与土体的相互作用,从而建立了薄壁筒桩与土相互作用的有限元分析方法。8梁单元及薄壁筒桩表面结点位移根据文献 ["]中广义位移法的概念,可导出以两结点梁单元的出口结点位移表示的薄壁筒桩表面任一结点的位移表达式。对于如图 ? 所示的三维梁柱单元, 其单元出口自由度为图 ?三维薄壁筒桩梁单元?$F?水利水电科技进展,!##",!" (!):$#:#!U!GFAG"FFU4;<(5#: 9=E 66> ? $0> ? .+6))2: @@AAB ? 66> ? $0> ? .+

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