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加筋复合垫层的有限元分析

发布于:2016-07-20 21:01
有限元分析

      加筋复合垫层就是在地基土的浅层沿水平方向,设置一层或多层具有较高抗拉模量和强度的土工合成材料(包括筋带、纤维材料或网状材料等)与土(无粘性土)组成复合垫层,使作用在上面的竖向荷载以较大的面积扩散到下面土层上,从而能够提高地基的承载力。本研究采用ANSYS构建有限元分析模型对加筋复合垫层进行计算分析,研究了在不同加筋密度和加筋间距下加筋地基的变形与加筋垫层的应力扩散,并同试验的实测结果进行了比较。
      由于加筋垫层的对称性,所取部分为实际模型的1/4。在此模型中垫层的边长为1.15m,层厚为0.3m,方形竖向均布荷载范围为0.75m×0.75m。均布荷载值取111.1 kPa。不考虑加筋垫层和周围地基土的质量,其几何参数与原位试验中垫层的参数相同。
      为尽可能真实的模拟现场原位载荷试验,采用周围土体来控制加筋垫层的水平及竖向位移。周围土体的边界条件为刚性约束。在原位载荷试验中,其影响深度一般只能达到(1.5~2)b。在本例中,为使计算结果与实际情况尽可能的接近,在能保证有限元本身计算精度的前提下,将水平和竖向边界均取为10 b(11.5m),约束结构的水平和竖向位移。
      鉴于三维有限元分析和分离式分析法(增强体单元+界面单元+土体单元)的复杂性,为简化计算,采用了增强复合土体单元+土体单元的复合模量分析法,将土工带加筋垫层看作具有单一复合模量的复合土体。严格来讲,土体是非线弹性的,但在工作荷载(约为1/2极限荷载)下,地基土基本上处于弹性范围内,土体的非线性性质表现的不明显,土体内的塑性变形也很小。因此可以忽略塑性变形所导致的误差,对加筋垫层和周围土体采用线弹性模型。
      另外,假定加筋垫层同周围土体之间无相对滑移,两者之间不设置接触单元,在建模时,将两者看作具有不同材料属性的同种物体。
      1)周围土体。
      假定周围土体是均匀的、各向同性的线弹性体。土体线弹性模型的两个必须的参数为变形模量E0和泊松比v。周围土为软土,根据经验,泊松比取v=0.42。根据原位试验中土体的P-S曲线,利用计算得到变形模量E0=3.82MPa,E0=w(1-v2)p1bs1。
      2)加筋垫层。
      假定土工筋带加筋垫层为横观各向同性体。其线弹性模型的必须参数有4个,分别为正向模量Ex(Ey),Ez和泊松比vxy,vyz(vxz)。加筋土是由土与筋交替铺设而成的复合体,因此可将加筋土视为交替正交层体系,并采用等代均质材料的理论来分析工作荷载条件下的加筋垫层的性质。由于利用等代均质材料的理论确定加筋垫层模量适用范围的局限性,故只考虑不同加筋密度和加筋层数对加筋地基工作性状的影响。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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