常见浅基础形式的ANSYS仿真分析.docx
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1、常见浅基础形式的 ANSYS 仿真分析李磊;王新敏【摘 要】 主要探讨在与规范方法假定一致的条件下或在规范的框架下,如何利用有 限元方法实现大型复杂基础的计算分析问题.通过讨论基于 E.Winkler 地基模型的 计算如何简单有效的模拟土的问题,研究了浅基础计算分析的 ANSYS 实现方法.最 后通过具体算例,介绍了其在各种常见基础形式中的应用,并与规范算法结果进行分 析对比.结果具有一定的理论意义和工程实践应用价值.%This paper mainly discusses how to use finite element method to realize large complex an
2、alysis of foundation problems in the same condition as the normative method or standard frame. Through the discussion of simple effective simulation of the soil based on E. Winkler foundation model calculation, the method of the shallow foundation calculation and analysis through ANSYS is studied. F
3、inally, using the numerical example, this paper introduces the common foundation in various forms, and the application of the algorithm and compares it with the result from normative method . The result of this paper has certain theoretical meaning and application value in engineering practice.【期刊名称
4、】 石家庄铁道大学学报(自然科学版)【年(卷),期】 2012(025)003【总页数】 4 页(P30-32,67)【关键词】 浅基础;有限元仿真分析;ANSYS;弹性地基梁【作 者】 李磊;王新敏【作者单位】 石家庄铁道大学 土木工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学 大型结构健康诊断与控制研究所,河北石家庄 050043【正文语种】 中 文【中图分类】 TU4700 引言浅基础一般指基础埋深小于基础宽度或深度不超过 5 m 的基础。根据结构形式分 为扩大基础、独立或联合基础、条形基础、筏板和箱型基础。浅基础的设计可以看 成典型的弹性地基上的结构的计算, EWinkler 地基
5、下弹性地基梁的设计理论广 泛应用于工程中各种浅基础设计。然而按相关规范给定的方法,对大型复杂基础的 计算分析不仅非常繁琐,而有些甚至就无法完成。有限元方法是解决各种复杂工程实际问题中设计、研究及优化的有力工具,它已成 为当今结构分析最有效的方法和手段 1 。因此,对浅基础进行有限元仿真分析, 对验证地基与基础的现行计算原理和方法合理性、进一步完善基础与地基规范的计 算方法、提高浅基础设计的计算效率等方面都具有直接的指导意义。现探求几种常 见浅基础形式的有限元仿真及 ANSYS 实现方法。1 EWinkler 地基模型与地基系数从目前的研究可以看出,只要能够精确( 满足一定精度) 地模拟出桩-土
6、的相互作用, 便能顺利地解决地基检算问题。土是一种复杂的、多相的离散体系,企图将土的所 有特性都考虑在内来解决相互作用问题,将是一项繁重而十分困难的工作。可以悲 观地讲,永远不可能抽象出一种真实的地基物理形式 2 。为了得到使土与结构的相互分析有意义且可靠的信息,必须考虑土的许多特殊方面而将其模型化,基于 某一种模型的求解也有其特定的解法使之产生对实际问题有意义的结果。常见的地基模型通常有反力直线分布模型( 假定地基梁与地基之间的地基反力是呈 直线分布的)、 EWinkler 地基模型( 假定地基土界面上任一点处的沉降仅取决于 作用于该点的压力,而与其它点上的压力无关) 和半无限体模型 3 (
7、 假设地基土 是均质的线性变形半空间体)三类。另外还有介于这 EWinkler 地基模型和半无 限体模型之间的双参数地基模型、考虑土的流变特性的黏弹性地基模型( 包括麦克 斯韦( Maxwell) 模型、开尔文( Kelvin) 模型即伏吉特( Vogit) 模型、三元件模型 即麦金特( Merchant) 模型、标准黏性固体模型4等等) 、非线性模型( 包括了 邓肯-张模型和弹塑性模型) 。对于这些常见的地基模型, EWinkler 地基模型虽 然也有种种不完善的地方,但其参数少,相对于其它复杂的地基模型,在国内外工 程界和学术界得到了更为广泛的认可和应用。基于 EWinkler 地基模型的
8、有限元算法应用最广泛,其中最重要的问题是地基系 数的确定。地基系数其本质即表征地基对结构的作用分布规律的一个或多个参数, 现场试验和室内土工试验是主要的确定地基系数的方法,各种设计规范也有推荐的 取值 5 。关于复杂地质条件下地基系数的取值问题目前仍在进一步研究之中。 2 ANSYS 在条形基础和联合基础中的应用条形基础是指基础长度远大于其宽度的一种基础形式。联合基础是指将相邻的单独 基础在平面上相接甚至重叠,让它们连接在一起的基础形式。条形基础和联合基础 可以看成典型的弹性地基上的梁 6 。通常的设计规范推荐的计算方法主要有倒 梁法和弹性地基梁法。规范一般简化使用反梁法,在可能的条件下,规范
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