[ABAQUS][有限元] 某三桩承台有限元分析 [Finite Element Analysis of Triangular Pile Cap]

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前不久做的某嵌岩桩三桩承台有限元分析,承台比较厚,柱尺寸较大、桩直径较大,柱投影曲线与桩投影曲线部分重叠。对于普通三桩承台,规范主要给出的是梁配筋模式,而对于这个承台,其实从宏观尺度上看,已经不是梁的受力方式,而是桁架受力模式。因此做这个有限元分析的目的主要是大致分析其真实传力模式,从而辅助设计。这里做个简单记录,具体数值模拟细节不过多描述,主要看看趋势。

有限元模型 FEM Model

柱、桩、承台混凝土采用C3D8R实体单元,钢筋采用T3D2桁架单元,混凝土采用塑性损伤本构,钢筋采用各向同性理想弹塑性材料。钢筋通过Embedded方式内嵌于混凝土。模拟主要考虑承台顶筋及底筋。竖向力及支座约束通过参考点与相应的控制面Coupling耦合的方法设置。

竖向位移 Vertical Displacement

承台顶的竖向位移约为5mm,桩顶的竖向位移约为2mm,考虑实际桩长约30m,承台顶实际竖向位移不大于20mm。

承台钢筋应力 Steel Stress

承台顶部钢筋受力较小,不大于70Mpa,最大应力集中在柱底。承台底部钢筋最大应力达240MPa,为拉力,钢筋未屈服,最大应力集中在承台底部跨中,钢筋在桩顶范围应力是很小。

 

混凝土受压损伤 Damage of Concrete Compression

承台、桩整体的混凝土的整体损伤均比较小,大部分范围损伤指数小于0.1。

 

混凝土受拉损伤演化 Damage Evolution of Concrete Tension

混凝土的受拉损伤主要从两桩之间承台的底部展开,局部扩展到侧面,承台类似支撑在桩之间的梁。承台顶面及桩的范围基本无受拉损伤。

从承台内部看,混凝土的受拉损伤主要从桩之间围成的三角椎范围,靠近柱底及承台顶面受拉损伤较小,桩主要受压,无受拉损伤。

主压应力迹线 Principal Compressive Stress Trace

主压应力迹线主要沿柱底与桩顶的连线传递。

主压应力迹线主要沿柱底与桩顶的连线,成三角椎分布。

 

主拉应力迹线 Principal Tension Stress Trace

主拉应力主要集中在底部钢筋,且主要集中底筋的跨中,桩端底筋的应力小于10MPa。

传力路径 Force Transmission path

混凝土的压力线及钢筋的拉力线形成三角锥体自平衡的桁架传力路径。

初步结论 Preliminary Conclusion

由上述分析可见,当承台较厚,柱尺寸较大、桩直径较大,且剪跨比较小时,三桩承台的受力模式较为符合三角锥桁架传力模式,即混凝土的压力线及钢筋的拉力线形成的三角椎体自平衡桁架传力,其中混凝土压杆沿柱底与桩顶的连线形成,底部钢筋拉杆连接桩顶。根据这个传力体系,可手算底筋,并与规范按抗弯计算钢筋进行对比。


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4 thoughts on “[ABAQUS][有限元] 某三桩承台有限元分析 [Finite Element Analysis of Triangular Pile Cap]

  1. 潘乘风 Reply

    是的,看到最后的传力模型才想到可以用静力学解释的

  2. 潘乘风 Reply

    这个问题可以用侧面投影简化三桩承台的骨架的简图,将承台顶中心、桩顶和桩底进行连线,应用静力学法以一个桩的顶为节点进行节点法计算,可得相同趋势。可以作为这个问题的简单论证。

  3. 游新 Reply

    模型可发个吗 崔博 可对比拉压杆模型

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