CN104834830A - 液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，属岩土工程技术领域，为解决液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型建立复杂且困难的问题而设计。本发明由地基土模型、竖直桩模型、倾斜桩模型、承台模型和上部结构模型组成；所述的地基土模型为长方体，由两层土组成，上层为黏土层，下层为砂土层，均用实体单元进行模拟；所述的竖直桩模型和倾斜桩模型均为圆柱体，用pile结构单元进行模拟；所述的承台模型为长方体，用实体单元进行模拟；所述的上部结构模型为长方体，且通过配重质量块的方式进行模拟。本发明结构明确，可重复性和可操作性强，且能较好的反映实体结构的力学特性。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种数值计算模型，尤其涉及液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型。
背景技术
桩基础是土木工程建设中经常采用的一种重要基础形式。随着桩的使用量和应用范围的不断扩大，桩基础的理论研究和工程应用技术得到了全面发展，桩基础的设置也日益复杂，从过去单一使用竖直桩逐渐发展到竖直桩与倾斜桩混合使用，以协调上部建筑结构传给桩基础的竖向荷载和水平荷载，同时更有效的控制上部结构的位移和变形。
斜直交替群桩是指由竖直桩和倾斜桩共同组成的一种群桩形式，目前，已被广泛应用于公路桥梁、港口码头、海上钻井平台、高填方路堤、高塔结构、超高层建筑、基坑支护、地基处理、大型输电线路杆塔以及机场、体育场馆、文体活动中心、展览馆等大跨度屋盖结构公共建筑基础中。
液化场地斜直交替群桩-土-结构相互作用体系的地震响应特性研究是岩土工程、地震工程和结构工程领域公认的热点和难点课题，而数值模拟是研究该体系地震相互作用特性的一种有效手段。为了全面深入的研究液化场地斜直交替群桩-土-结构相互作用体系的地震响应特性，在国家自然科学基金项目（编号：41372288）的资助下，开展了大量数值模拟和分析工作。数值模拟方法不但可以很好的还原桩-土-结构体系的实体原型，再现桩-土-结构体系的相互作用过程，而且实施费用低，可重复性和可操作性均较强。但液化场地斜直交替群桩-土-结构相互作用体系复杂，建模困难，因此，需要发明一种有效的液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，该模型不但可以很好的还原斜直交替群桩-土-结构体系的原型特性，真实的再现斜直交替群桩-土-结构体系的地震相互作用过程，而且建模不受原型尺寸限制，结构明确，可重复性和可操作性强，技术经济可行。
本发明所采取的技术方案是：液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，它由地基土模型、竖直桩模型、倾斜桩模型、承台模型和上部结构模型组成；所述的地基土模型为长方体，由两层土组成，上层为黏土层，下层为砂土层，均用实体单元进行模拟；所述的竖直桩模型和倾斜桩模型均为圆柱体，用pile结构单元进行模拟；所述的承台模型为长方体，用实体单元进行模拟；所述的上部结构模型为长方体，且通过配重质量块的方式进行模拟。
本发明的施工使用方法是：液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，使用时，首先建立由地基土模型、竖直桩模型、倾斜桩模型、承台模型和上部结构模型组成的液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型；然后对该计算模型进行离散化，即用矩形实体单元网格对地基土模型、承台模型和上部结构模型进行网格剖分，并用pile结构单元模拟竖直桩模型和倾斜桩模型，同时，用interface接触面单元模拟竖直桩模型、倾斜桩模型和地基土模型之间的接触面；接着，根据原型结构体系的物理力学特性确定黏土层、砂土层、竖直桩模型、倾斜桩模型和承台模型等的材料参数，同时，根据上部结构的情况确定上部结构模型的配重；最后，根据结构原型的不同受力情况对计算模型进行加载模拟和数值分析，从而得到结构体系的应力、应变、位移等分析结果。。
本发明的工作原理是：液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，首先通过网格剖分，将整体计算模型离散化为有限多个规则的微小单元，且各个单元之间通过结点进行连接；进而对各个微小单元进行力学分析，得到各单元和各结点的应力、应变和位移；在此基础上，将各单元的力学特性整合成结构体系的整体力学特性，建立整体平衡微分方程，通过求解得到液化场地斜直交替群桩-土-结构体系的受力和变形特性。
本发明的有益效果是：液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型结构明确，可重复性和可操作性强，技术经济可行，且可以不受尺寸限制的还原斜直交替群桩-土-结构体系的原型特性，更好的再现斜直交替群桩-土-结构体系的地震相互作用过程。
附图说明
图1为本发明液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型的整体结构示意图。
图2为本发明液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型中的斜直交替群桩-承台-上部结构示意图。
图例说明：1-地基土模型；2-竖直桩模型；3-倾斜桩模型；4-承台模型；5-上部结构模型；6-黏土层；7-砂土层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，本发明液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，它由地基土模型1、竖直桩模型2、倾斜桩模型3、承台模型4和上部结构模型5组成；所述的地基土模型1为长方体，由两层土组成，上层为黏土层6，下层为砂土层7，均用实体单元进行模拟；所述的竖直桩模型2和倾斜桩模型3均为圆柱体，用pile结构单元进行模拟；所述的承台模型4为长方体，用实体单元进行模拟；所述的上部结构模型5为长方体，且通过配重质量块的方式进行模拟。
使用时，首先建立由地基土模型1、竖直桩模型2、倾斜桩模型3、承台模型4和上部结构模型5组成的液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型；然后对该计算模型进行离散化，即用矩形实体单元网格对地基土模型1、承台模型4和上部结构模型5进行网格剖分，并用pile结构单元模拟竖直桩模型2和倾斜桩模型3，同时，用interface接触面单元模拟竖直桩模型2、倾斜桩模型3和地基土模型1之间的接触面；接着，根据原型结构体系的物理力学特性确定黏土层6、砂土层7、竖直桩模型2、倾斜桩模型3和承台模型4等的材料参数，同时，根据上部结构的情况确定上部结构模型5的配重；最后，根据结构原型的不同受力情况对计算模型进行加载模拟和数值分析，从而得到结构体系的应力、应变、位移等分析结果。
Claims (1)
1.一种液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型，其特征在于，它由地基土模型、竖直桩模型、倾斜桩模型、承台模型和上部结构模型组成；所述的地基土模型为长方体，由两层土组成，上层为黏土层，下层为砂土层，均用实体单元进行模拟；所述的竖直桩模型和倾斜桩模型均为圆柱体，用pile结构单元进行模拟；所述的承台模型为长方体，用实体单元进行模拟；所述的上部结构模型为长方体，且通过配重质量块的方式进行模拟。
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