基于ANSYS有限元的设备支架方桩应力分析

蔡 龙

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉430071）

电力项目中，通常设备支架分布比较零散，受荷也较小，因此即使遇到地质不良的情况，也较少采用地基处理方式解决，而会更多地使用单桩基础。《建筑桩基技术规范》对单桩基础的设计理念和计算方法做出了规定[1]，但没有引入桩土相互作用的影响。在实际工程中，设计人员对桩的应力发展缺乏清晰的认识，往往盲目地增加桩径和配筋来保证结构的安全，造成了材料的浪费。

本文以某工程的混凝土方桩为例，采用有限元分析软件ANSYS建立了桩-土非线性有限元模型，分析了在不同桩顶竖向和水平荷载作用下桩身的应力水平，并与现行桩基规范结果进行了比较，得出了相关结论。

1 工程参数及有限元模型

采用边长为0.4m的混凝土方桩模型，桩全长10m，其中入土深度8m，地面以上2m，如图1所示。桩身采用solid65单元模拟[2]，土体采用combin14弹簧单元模拟，桩土接触问题采用surf154表面效应单元模拟[3]。其中桩身材料属性如下：弹性模量E=3.25×104MPa，泊松比 μ=0.3，密度 ρ=2700kg/m3。地下土共分4层，性质如下：

图1 有限元分析模型

第1层埋深0-2m，桩侧单位面积摩阻力为4.8kPa，土层水平抗力系数比例常数M值（以下简称M值）为2000kN/m4；

第2层埋深2-4m，桩侧单位面积摩阻力为16.14kPa，土层M值为4000 kN/m4；

第3层埋深4-6m，桩侧单位面积摩阻力为33.78 kPa，土层M值为5000kN/m4；

第4层埋深6m及以下，桩侧单位面积摩阻力为40.53kPa，桩端单位面积端阻力为280kPa，土层M值为6000kN/m4。此层为桩端所在持力层。

此时，可利用《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008经验公……