基于面向对象有限元方法的嵌岩桩竖向承载机理分析

摘要

嵌岩桩是桩身一部分或全部嵌设于岩石中的一种桩基础形式，它承载力较高、造价低廉、施工简便、抗震性能较好，作为解决高、重、大型建筑物(构筑物)地基基础问题的常用手段，已被广泛应用于土木工程各领域。 嵌岩桩的广泛应用，使的对其承载机理的研究变得很有价值。在总结分析已有研究成果的基础上，建立20结点三维等参单元-空间曲面16结点接触面单元相耦合的数值分析模型，运用面向对象技术，在Visual C++6.0环境中开发基于MFC的Windows应用程序RSPA(Rock Socketed Pile Analysis)，并针对嵌岩桩竖向受力机理分析，实现了部分前后处理功能。程序的前处理功能包括计算参数交互式输入，显示单元、单元编号、结点编号以及输入的数据。程序后处理的主要内容有变形图显示、计算结果数据显示、计算结果文件输出等。程序还可以专门显示桩单元、接触面单元的编号，以及显示和输出桩岩界面的相对位移、剪应力和正应力随深度的分布数据，此外，还为重要的操作设置了键盘加速键，这样，配合Excel的数据处理功能，可以很方便地进行分析。在材料本构关系方面，混凝土桩被指定为线弹性，岩石可选择使用线弹性模型、Duncan-Chang模型和D-P模型，桩-岩界面使用双线性模型。 利用自编程序，对一个工程实例以及竖向荷载作用下嵌岩桩的承载机理进行了部分计算分析。结果表明，文中耦合数值方法能够对竖向荷载作用下嵌岩桩进行较好的模拟，程序RSPA具有一定的实用价值。