基于ANSYS的钢管桩支护抗压能力数值模拟*

李伟民

(中铁二十四局集团有限公司，上海 200071)

钢管桩支护因其施工快、强度高、性能好等优点，被广泛应用于码头、桥梁、海工结构以及城市轨道交通等工程，主要承受来自于土体、水流、波浪等产生的荷载.长三角地区城市河网密布，在这些城市开展轨道交通工程建设，施工环境较复杂.并且随着工程建设和经济发展，港口海岸工程发展迅速，由于海洋环境的特殊性，所以对钢管桩水平承载力也提出了更高的要求.工程上为避免钢管层压溃失效，需要对其径向抗压能力研究分析[1].

现有钢管层径向抗压理论方法主要依据铁木辛柯的弹性稳定理论[2]，根据圆环挠曲线微分方程求解对径压力下的径向位移、均布外压下的临界压溃值，理论方法通常不计入初始椭圆度和材料弹塑非线性对水平压溃行为的影响，在工程应用中有一定的误差.针对上述缺陷，本文基于有限元软件ANSYS，对单根钢管桩进行数值模拟，求解数值模型在理想圆状态、存在初始椭圆度状态和考虑材料弹塑非线性状态三种情况下的径向位移值以及临界压溃值，并与理论分析结果进行比较，以研究钢管桩的抗压能力，得出相应结论，对工程应用具有一定的参考意义.

1 工程概况

以某工程为背景，钢管桩直径为0.8 m，壁厚为14 mm，钢管桩桩长为20 m.钢管层选择强度较高的低碳合金钢.根据工程实际建设情况，材料的特征参数如下：低碳合金钢密度为1 785 kg/m，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3，屈服强……