问题描述:
嵌入式梁单元的连接方式如何定义,在实际工程中应如何选择?
解答:
嵌入式梁单元是一种特殊的结构单元,其内置的特殊界面单元可模拟结构与土之间的相互作用,根据嵌入式梁单元的不同行为,其连接方式有多种定义。当选择Grout Body(注浆体)时,模拟的是锚杆注浆段,不能单独定义其连接方式,必须与Node-to-Node(点对点锚杆)单元端点共点才能生效;当选择Pile(桩)、Rock Bolt(岩石锚杆)时,其连接方式可以选择Free(自由)、Hinged(铰接)和Rigid(刚接)。其连接点位于不同材料上时,连接效果是不同的。
1.连接点位于土体材料上。
Free(自由):嵌入式梁单元与土体之间通过特殊的界面单元连接,可平动、转动。
Hinged(铰接):嵌入式梁单元与土体直接连接在一起,因此它们的位移相同,但可相对转动。
Rigid(刚接):嵌入式梁单元与土体直接连接在一起,位移相同,不能相对转动。
实例:单桩静载试验。
模拟单桩静载试验时,桩顶端与土体应设置为自由连接。如下图所示,若设置为刚接或铰接,将导致桩顶端与土体位移一致,产生错误的位移与应力结果。若要详细分析桩的力学行为,可建立实体桩进行模拟,参考实体桩模拟方法。
图1 桩错误连接方式产生的位移云图
2.连接点位于没有界面单元的结构单元上(如梁、板等)。
Free(自由):嵌入式梁单元与土体、结构单元之间通过特殊的界面单元连接,可平动、转动,但结构单元与土体间不可平动、转动。
Hinged(铰接):嵌入式梁单元与土体、结构单元直接连接在一起,它们的位移相同,但可相对转动。
Rigid(刚接):嵌入式梁单元与土体、结构单元直接连接在一起,位移相同,不能相对转动。
实例:基坑内支撑结构中的立柱。
基坑上下撑之间的立柱,可用梁单元模拟,使内支撑结构有效的连接在一起(梁单元之间默认刚接)。下部立柱可用嵌入式梁单元模拟,其行为选择桩(Pile),连接点设置为顶部刚接。
图2 基坑内复杂支撑结构的模拟方法
3.连接点位于带有界面单元的结构单元上。
Free(自由):嵌入式梁单元与土体、结构单元之间通过特殊的界面单元连接,可平动、转动,结构单元与土体间也可平动、转动。
Hinged(铰接):嵌入式梁单元与结构单元直接连接在一起,它们的位移相同,但可相对转动。结构单元与土体间仍通过界面单元连接。
Rigid(刚接):嵌入式梁单元与结构单元直接连接在一起,位移相同,不能相对转动。结构单元与土体间仍通过界面单元连接。
实例:土钉墙。
土钉采用嵌入式梁单元模拟,行为选择桩,顶端与混凝土墙应设置为刚性连接,使其位移、旋转一致。混凝土墙采用板单元模拟,在其两侧可添加界面单元来模拟与土之间的相互作用。
图3 土钉与混凝土墙的连接方式
注意:PLAXIS中结构单元之间默认刚接,嵌入式梁单元由于其特殊性,只能设置一端点的连接方式,桩身及另一端点无法与结构单元有效连接。如下图所示,位于板单元面内的桩,在外力作用下与板分离。
图4 外力作用下桩与板分离