问题描述:
桩单元与周围土体的接触关系如何定义?桩的承载力是输入值还是计算值?
解答:
PLAXIS中桩单元是由梁单元与接触单元组成,接触单元代表桩土相互接触关系。因此,在定义桩单元的时候,不需要单独为其定义接触单元(如PLAXIS 2D中的界面单元),如图1所示。特别注意,2D中的桩单元代表平面外具有一定间距的一排桩,而不是一根桩,这与3D中的桩单元有所区别。
图1 PLAXIS 2D中的板单元与桩单元
桩单元的接触单元由弹簧和滑块组成,弹簧代表接触位置的弹性变形(较小的位移差),滑块代表接触位置的塑性滑动(较大的位移差)。弹簧刚度与周围土体的剪切刚度相关,塑性强度由用户定义或按照周围土体强度确定。接触单元的计算原理见图2~图3.
图2 桩土接触单元的本构关系
图3 桩土接触单元的弹塑性表达
桩单元的承载力由侧摩阻力和桩端阻力组成,一般根据原位试验获取桩侧土体的极限侧摩阻力和桩端持力层的极限端阻力,再按照一定的安全系数确定单桩的承载力特征值。PLAXIS中桩的极限承载力建议由用户输入(注意2D桩单元承载力只能由用户输入,而非计算值),并与单桩静载试验进行对比。此时,需要用户输入代表单桩承载力的极限侧阻力值Tmax及极限端阻力值Fmax。极限侧阻力的分布形式可以是线性分布(如均质土层,注意2D桩单元只能是线性分布)或按照土层分段线性分布,具体见图4~图5.
图4 桩极限侧阻力的线性分布及单桩承载力计算
图5 桩极限侧阻力的分段线性分布及单桩承载力计算
另外,3D桩单元的极限侧阻力也可由周围土体强度来计算,桩的接触单元强度参数类似界面单元的强度参数,将周围土体强度参数按照Rinter进行折减。上述参数确定的是桩的极限承载力,在工作荷载下桩的侧阻力和端阻力的发挥情况取决于桩土之间的相对位移差,可以通过后处理程序输出桩的侧阻力和端阻力来评估桩的工作性状,见图6~图7.
图6 桩侧阻力计算值
图7 桩轴力和端阻力计算值