徐怡宁,　王建国

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥　230009)



水平荷载下鳍桩承载力的数值模拟

徐怡宁,王建国

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥230009)

大直径桩广泛应用于近海风电基础中,采用桩侧增加鳍片的方法可有效抵抗水平推力。文章基于有限元分析软件ANSYS,采用服从Drucker-Prager屈服准则的完全弹塑性本构模型,建立了大直径薄壁钢管鳍桩三维有限元模型;针对不同鳍长、鳍宽、桩身长度和桩身直径等因素,分析了水平荷载作用下鳍桩的变形。计算结果表明,鳍桩抵抗水平荷载的能力明显高于普通单桩,与鳍宽相比,鳍长对鳍桩水平承载的能力影响较大。

鳍桩;水平荷载;Drucker-Prager土体模型;有限元分析

受水平荷载作用的桩基问题一直受到一些研究者的关注[1-6]。

Allen提出可以通过在桩侧增加鳍片的方法来提高桩身与土层之间的侧向阻力,而不是依赖增加桩长将荷载传向地基的深层,从而提高桩的承载力[7]。通过在桩侧增加鳍片提高桩的承载力的方法能够节省材料,减少制造、安装和运输的成本。文献[7-10]通过模型试验和数值模拟研究了水平荷载下鳍桩的承载力特性,但研究中没有考虑鳍片的宽度和长度等因素对鳍桩承受水平荷载能力的影响。

考虑到土体本身的非线性以及桩土之间的非线性相互作用,本文桩体和鳍片均采用shell181,单元土体采用solid45单元,桩与土体接触面采用“接触单元”,运用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了鳍桩与地基相互作用的三维有限元模型,模拟了水平荷载作用下鳍桩的工作性状,分析了影响鳍桩水平承载力的诸多因素,如鳍宽和鳍长对鳍桩的水平承载力的影响,数值模拟结果与文献[6]的实验数据吻合较好。……