基于ABAQUS软件的单桩静载试验数值模拟
Abaqus静力分析实验报告
A b a q u s静力分析实验报告Hessen was revised in January 2021（一）创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建，弹出创建部件对话框，将名称修改为Basis，模型空间选择三维，类型选择可变形，形状选择实体，类型为拉伸。
采用SI（mm）量纲，考虑到所创建部件的最大尺寸为100mm，大约尺寸改为200，为最大尺寸的2倍。
3：点击继续，进入草绘模式，为实体拉伸绘制界面草图。
4：点击创建构造工具，创建2条构造线，分别与X轴、Y 轴重合5：点击添加约束工具，弹出添加约束对话框，选择固定约束，按住shift点选2条构造线，按鼠标中键。
6：点击创建矩形工具，在绘图区内随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具，修改矩形的长为100，宽为608：点击添加约束工具，使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创建圆工具，先绘制1个圆，半径为5，圆心到长边的距离为15，圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具，选择镜像操作的类型为复制，选择水平方向的构造线为镜像轴，选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象，按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的方法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制，弹出编辑基本拉伸对话框，将深度修改为20，点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，点选一条合适的边作为草绘的参照，进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型为指定深度，深度设为20，由于绘图区中的拉伸方向不是想要的方向，点击翻转方向按钮17：点击确定，完成拉伸18：点击创建切削：拉伸工具，为拉伸切削选择一个合适的平面，选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图: 20：按下鼠标中键完成草图绘制，弹出编辑切削拉伸对话框，类型选择指定深度，深度修改为5，选择默认的拉伸切削方向，点击确定，结束切削拉伸21：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，选择一条边作为草绘参照，进入草绘模式，绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型设为指定深度，深度设为523：点击确定，完成拉伸24：创建一个基本平面，作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面工具，点选偏移所参照的平面，通过输入大小来设定偏移，确定偏移方向，输入偏移大小为30，点击确定完成基准平面的创建25：点击创建镜像工具，选择刚刚创建的基准平面为镜像平面，并选择保留原几何，完成镜像至此已经完成部件模型的创建（二）定义材料和界面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框，名称改为Steel，通用→密度，输入密度为3：力学→弹性→弹性，输入弹性模量为，输入泊松比为，点击确定4：点击创建截面工具，弹出创建截面对话框，将名称修改为Basis_Section，类别为实体，类型为均质，点击继续，在弹出的编辑截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具，选择整个部件为要指派截面的区域，点击完成，弹出编辑截面指派对话框，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，点击确定（四）定义分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框，修改名称为Basic_Load，程序类型选择通用，静力、通用。
基于ABAQUS基坑支护数值模拟与实测数值研究
基于ABAQUS基坑支护数值模拟与实测数值研究1. 引言1.1 研究背景基坑工程是城市建设中常见的一种工程形式，其施工过程中需要进行基坑支护结构设计以确保施工安全和工程质量。
基坑支护结构设计的准确性和可靠性对工程施工和后续使用都具有重要意义。
随着计算机技术的发展，基于数值模拟的基坑支护研究逐渐成为工程领域的热点问题。
1.2 研究目的研究目的：本文旨在利用ABAQUS软件对基坑支护结构进行数值模拟，并通过与实测数据对比，探讨基坑工程中支护结构设计的有效性和可靠性。
具体目的包括：1. 分析不同基坑支护结构设计参数对工程变形和应力的影响，为优化设计提供参考。
2. 验证数值模拟方法的准确性和可靠性，为基坑工程中的数值仿真提供技术支持。
3. 比较实测数据与数值模拟结果之间的差异和一致性，揭示基坑支护结构的实际工作状态。
4. 总结数值模拟与实测数据相互印证的规律，深入理解基坑支护结构的工程行为。
5. 对基坑支护结构设计和施工提出建议和改进意见，为工程实践提供科学依据。
1.3 研究方法研究方法是确定研究的具体操作步骤和手段。
本研究基于ABAQUS进行基坑支护数值模拟与实测数值研究，研究方法主要包括以下几个方面：1. 确定基坑支护结构设计模型：首先需要确定基坑的支护结构设计模型，包括支撑系统、挡墙结构等。
这些设计模型应当符合工程实际，并能够在ABAQUS中进行准确建模。
2. 建立数值模拟流程：在确定支护结构设计模型的基础上，建立基坑支护数值模拟的具体流程。
包括加载条件的设定、边界条件的处理、模型的求解等步骤。
3. 实测数据采集：在进行数值模拟前，需要对实际工程中的基坑支护结构进行实测，并获取相关数据。
这些实测数据将用于验证数值模拟的结果。
4. 数值模拟结果分析：在得到数值模拟的结果后，对结果进行详细的分析。
包括应力分布、变形情况等方面的分析，从而评估支护结构的性能。
5. 实测数据与数值模拟对比：将实测数据与数值模拟结果进行对比。
Abaqus静力分析实验报告
（一）创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建，弹出创建部件对话框，将名称修改为Basis，模型空间选择三维，类型选择可变形，形状选择实体，类型为拉伸。
采用SI（mm）量纲，考虑到所创建部件的最大尺寸为100mm，大约尺寸改为200，为最大尺寸的2倍。
3：点击继续，进入草绘模式，为实体拉伸绘制界面草图。
4：点击创建构造工具，创建2条构造线，分别与X轴、Y轴重合5：点击添加约束工具，弹出添加约束对话框，选择固定约束，按住shift点选2条构造线，按鼠标中键。
6：点击创建矩形工具，在绘图区内随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具，修改矩形的长为100，宽为608：点击添加约束工具，使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创建圆工具，先绘制1个圆，半径为5，圆心到长边的距离为15，圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具，选择镜像操作的类型为复制，选择水平方向的构造线为镜像轴，选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象，按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的方法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制，弹出编辑基本拉伸对话框，将深度修改为20，点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，点选一条合适的边作为草绘的参照，进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型为指定深度，深度设为20，由于绘图区中的拉伸方向不是想要的方向，点击翻转方向按钮17：点击确定，完成拉伸18：点击创建切削：拉伸工具，为拉伸切削选择一个合适的平面，选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图:2 0：按下鼠标中键完成草图绘制，弹出编辑切削拉伸对话框，类型选择指定深度，深度修改为5，选择默认的拉伸切削方向，点击确定，结束切削拉伸21：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，选择一条边作为草绘参照，进入草绘模式，绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型设为指定深度，深度设为523：点击确定，完成拉伸24：创建一个基本平面，作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面工具，点选偏移所参照的平面，通过输入大小来设定偏移，确定偏移方向，输入偏移大小为30，点击确定完成基准平面的创建25：点击创建镜像工具，选择刚刚创建的基准平面为镜像平面，并选择保留原几何，完成镜像至此已经完成部件模型的创建（二）定义材料和界面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框，名称改为Steel，通用→密度，输入密度为7.85e-93：力学→弹性→弹性，输入弹性模量为2.1e5，输入泊松比为0.3，点击确定4：点击创建截面工具，弹出创建截面对话框，将名称修改为Basis_Section，类别为实体，类型为均质，点击继续，在弹出的编辑截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具，选择整个部件为要指派截面的区域，点击完成，弹出编辑截面指派对话框，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，点击确定（四）定义分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框，修改名称为Basic_Load，程序类型选择通用，静力、通用。
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一创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建,弹出创建部件对话框,将名称修改为Basis,模型空间选择三维,类型选择可变形,形状选择实体,类型为拉伸;采用SImm量纲,考虑到所创建部件的最大尺寸为100mm,大约尺寸改为200,为最大尺寸的2倍;3：点击继续,进入草绘模式,为实体拉伸绘制界面草图;4：点击创建构造工具,创建2条构造线,分别与X轴、Y轴重合5：点击添加约束工具,弹出添加约束对话框,选择固定约束,按住shift点选2条构造线,按鼠标中键;6：点击创建矩形工具,在绘图区内随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具,修改矩形的长为100,宽为608：点击添加约束工具,使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创建圆工具,先绘制1个圆,半径为5,圆心到长边的距离为15,圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具,选择镜像操作的类型为复制,选择水平方向的构造线为镜像轴,选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象,按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的方法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制,弹出编辑基本拉伸对话框,将深度修改为20,点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸工具,为实体拉伸选择一个合适的平面,点选一条合适的边作为草绘的参照,进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式,弹出编辑拉伸对话框,类型为指定深度,深度设为20,由于绘图区中的拉伸方向不是想要的方向,点击翻转方向按钮17：点击确定,完成拉伸18：点击创建切削：拉伸工具,为拉伸切削选择一个合适的平面,选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图:20：按下鼠标中键完成草图绘制,弹出编辑切削拉伸对话框,类型选择指定深度,深度修改为5,选择默认的拉伸切削方向,点击确定,结束切削拉伸21：点击创建实体：拉伸工具,为实体拉伸选择一个合适的平面,选择一条边作为草绘参照,进入草绘模式,绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式,弹出编辑拉伸对话框,类型设为指定深度,深度设为523：点击确定,完成拉伸24：创建一个基本平面,作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面工具,点选偏移所参照的平面,通过输入大小来设定偏移,确定偏移方向,输入偏移大小为30,点击确定完成基准平面的创建25：点击创建镜像工具,选择刚刚创建的基准平面为镜像平面,并选择保留原几何,完成镜像至此已经完成部件模型的创建二定义材料和界面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具,弹出编辑材料对话框,名称改为Steel,通用→密度,输入密度为3：力学→弹性→弹性,输入弹性模量为,输入泊松比为,点击确定4：点击创建截面工具,弹出创建截面对话框,将名称修改为Basis_Section,类别为实体,类型为均质,点击继续,在弹出的编辑截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具,选择整个部件为要指派截面的区域,点击完成,弹出编辑截面指派对话框,点击确定三生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具,弹出创建实例对话框,点击确定四定义分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创建分析步工具,弹出创建分析步对话框,修改名称为Basic_Load,程序类型选择通用,静力、通用;点击继续,在弹出的编辑分析步对话框中接受默认设置,点击确定;3：点击场输出管理器工具,弹出场输出请求管理器;4：点击编辑,弹出编辑场输出请求对话框5：应力下拉列表中只选择S,应力分量和不变量6：作用力/反作用力下拉列表中,只选择RT反作用力7：关闭接触选项8：点击确定关闭编辑场输出请求对话框,点击关闭退出场输出请求管理器;9：点击历程输出管理器工具,弹出历程输出请求管理器对话框10：点击删除,点击是确定删除,关闭对话框五指定边界条件和施加载荷1：模块：载荷2：在Initial分析步中指定边界条件3：点击创建边界条件工具,弹出创建边界条件对话框,名称选择默认的BC-1,分析步选择Initial,类别为力学,边界约束类型为位移/转角,点击继续4：选择轴承座的底面作为施加边界条件的区域5：点击完成,弹出编辑边界条件对话框6：勾选U3,点击确定7：创建第二个边界条件8：点击创建边界条件工具,弹出创建边界条件对话框,名称选择默认的BC-2,分析步仍选择Initial,类别为力学,边界约束类型为位移/转角,点击继续9：选择4个内孔圆柱面为施加边界条件的区域10：点击完成,弹出编辑边界条件对话框,勾选UR3,单击确定11：接下来对部件进行分区,以便于施加载荷、划分网格12：模块：部件13：点击拆分几何元素工具,选择一点及法线来指定分割平面14：选择一点15：选择一个法线方向16：点击创建分区完成分区,分区后的部件如下图17：按照类似的方法对部件进行其余的分区操作,所有分区都完成后的部件如下图所示18：施加载荷19：模块：载荷20：点击创建载荷工具,弹出创建载荷对话框,载荷名称选择默认Load-1,分析步为Basic_Load,分析类别为力学,载荷类型为压强,点击继续21：选择要施加载荷的表面22：点击完成,弹出编辑载荷对话框,将大小改为10,点击确定23：为便于网格划分,还需要对部件进行一次分区,分区后的结果如下图六网格划分1：模块：网格2：对象：部件3：采用扫掠网格生成技术生成网格4：点击种子部件工具,弹出全局种子对话框,将近似全局尺寸修改为,单击完成5：点击指派单元类型工具,选择要指定单元类型的区域,即为整个部件6：单击完成,弹出单元类型对话框,选择单元库为Standard,族为三维应力,几何阶次为二次,单元为六面体,选择减缩积分,点击确定7：点击为边布种工具,将近似单元尺寸修改为,确定8：点击指派网格控制属性工具,选择整个部件,点击完成,弹出网格控制属性对话框,单元形状为六面体,技术为扫掠,采用中性轴算法,单击确定;9：单击为部件划分网格工具,选择是,完成网格的划分,划分网格后的部件如下图示7生成、运行和监控一个作业1：模块：作业2：点击作业管理器工具,弹出作业管理器对话框3：点击创建,弹出创建作业对话框4：点击继续,弹出编辑作业对话框,单击确定; 5：创建一个作业,提交,运行,完成,结果6：结果如下图示。
基于ABAQUS的桩土共同作用的数值模拟
文章编号：1004-3918（2009）08-0974-03基于ABAQUS 的桩土共同作用的数值模拟陈晶（南京农业大学工学院，南京210031）摘要：运用ABAQUS 软件对桩土结合模型进行了数值仿真.利用ABAQUS 中的主－从接触算法，在桩身与土体之间建立接触对，对桩身采用弹性模型，土体采用扩展的Drucker-Prager 模型进行模拟，并考虑初始地应力的影响.通过计算得到竖向载荷作用下桩的轴力分布曲线和沉降曲线.在算例中模拟了江苏某大桥N1号试桩，结果与现场实测值相近.关键词：桩土结合；轴力；沉降；ABAQUS 中图分类号：TU 473．1＋2文献标识码：A桩土相互作用是一个相当复杂的工程问题.为了确定单桩完整的荷载－沉降关系，即P－S 曲线，传统的方法是做桩的破坏性荷载试验.然而对于大直径桩要进行这类试验，无论从加载条件还是从试验技术上都具有很大难度.如何根据现场试验得到的有关资料，通过快速全面的数值仿真分析，确定可靠的桩的荷载—沉降关系，是广泛关注的问题[1-2，5].1有限元模型ABAQUS 的接触模拟中，要在模型中的各个构件上建立表面，并建立接触对，采用主－从（Master－Slave ）接触算法.选择主、从表面的原则是：从属表面的网格划分更加精细；若网格密度相近，应选择较柔软的材料表面为从属表面.这里选择土体表面为从属表面，如图1.在几何模型上，用大尺寸来模拟半无限空间体，计算时土体半径远大于桩横截面的半径（如土体半径取为桩横截面半径的40～60倍）.对于单个的大直径超长桩的轴向受荷有限元分析，可简化为轴对称平面问题进行计算.本文采用4结点双线性轴对称单元.为了减小计算误差，同时也为了缩短计算时间，在桩土接触面附近单元网格划分的较细，而在远离接触面的土体，网格划分相对稀疏，如图2.对桩体采用弹性体分析，土体采用弹塑性体分析.ABAQUS 里提供了多种塑性本构模型[3-4]，这里采用工程上常用的摩尔－库仑模型.ABAQUS 可以考虑侧向土压力系数，在*INITIAL CONDITIONS 中设置初始地应力及侧压力系数，并可在*GEOSTATIC 中实现平衡[6].2算例江苏某大桥主桥采用主跨1088m 的双塔斜拉桥，专用通航孔采用140＋268＋140m 连续钢箱梁，引桥分别为跨径75，50，30m 的等高度预应力砼连续梁桥.大桥试桩工程共为6根钻孔灌注桩，其中北岸3根，直径分别为1，1，1．8m ；南岸3根直径均为1．5m .这里对北岸N1试桩的桩身轴力和沉降进行数值仿真.根据现场实测数据，几何计算数据如下表1、表2所示，土体的半径取为30m ，远大于桩的半径；侧向压力系数0．85.收稿日期:2009-03-04作者简介:陈晶（1980-），男，江苏南京人，助教，硕士，研究方向为岩土的数值分析方法.第27卷第8期2009年8月河南科学HENAN SCIENCEVol.27No.8Aug.20092009年8月表1N1试桩材料参数Tab．1Material parameters of N1test pile表2土层材料参数Tab．2Material parameters of soil2．1轴力计算图3为各级载荷下桩身的轴力分布.图3（a ）～（c ）为3级载荷作用下，桩身轴力实测值与ABAQUS 模拟计算值的比较.从图3中可看出，模拟曲线与实测曲线吻合的很好；而且在其余各级载荷下都能得到理想的模拟曲线.图3（d ）为不同载荷下模拟计算值的比较.由图可以看出，轴力沿桩传递逐渐减小，在桩端处均约为零，说明桩的中上部分承担了绝大部分载荷.该桩表现出较明显的摩擦桩的特性.图3各级载荷下桩身的轴力分布图Fig.3Axial-force with different loads2．2沉降计算由于N1试桩属于摩擦桩且桩身较长，桩底反力较小，桩端土压缩可忽略不计，桩顶沉降按桩身压缩量分段叠加计算.根据钻孔灌注桩载荷传递公式，各段桩身压缩量按下式计算△x =x0乙（P-τ·π·d ·x ）EAd x ，式中：△x 为桩身压缩量（mm ）；P 为分段桩身顶部载荷（kN ）；τ为分段桩身平均侧摩阻力实测值（kPa ）；d 为桩径（m）；x 为分段桩身计算长度（m ）；EA 为桩身刚度（MPa ）.试桩编号直径/m 桩顶标高/m桩端标高/m 桩长/m 弹性模量/GPa泊松比N11 2.2-73.876300.2层数土层名称密度/（g ·cm -3）变形模量/MPa 泊松比粘聚力/kPa 内摩擦角/（°）极限摩阻力/kPa 底层标高/m 1粉砂，亚粘土1.8920.570.3715.025.837.42-21.82粉砂 1.9123.850.339.031.151.25-29.33亚粘土 2.0524.130.4183.018.450.68-50.84粉砂 1.9330.830.3132.531.380.08-58.85细砂1.9632.120.3232.032.323.71-100.0（b ）载荷4000kN 时的轴力深度/m020406080轴力/kN深度/m020406080（c ）载荷6000kN 时的轴力轴力/kN深度/m（d ）各级载荷时的轴力分布轴力/kN深度/m020406080（a ）载荷2000kN 时的轴力轴力/kN陈晶：基于ABAQUS 的桩土共同作用的数值模拟975--第27卷第8期河南科学将试桩的沉降的模拟值、计算值以及实测值绘制P－S 图.从图4中可看出，模拟值与计算值均大于实测值，其原因为：第一，在获取土层的计算参数时，综合分析了工程地质勘察报告、经验公式、室内试验结果等多方面数据.为了使参数取值更加合理，去掉了最大值和最小值，然后加权平均确定土层参数.总体来看，取值还是保守的，也就是说，数值模拟的沉降较实测值偏大.第二，可能是由于试桩施工时的部分充盈所致.相对于公式计算的结果，ABAQUS 的模拟值更加逼近实测值.3结语桩土共同作用是复杂的非线性问题，目前国内利用ABAQUS 软件进行分析的工作相对较少.本文利用ABAQUS 分析了某大桥N1试桩的轴力和沉降，计算结果与实际相吻合，说明ABAQUS 对桩土相互作用的高度非线性问题有着很好的处理能力.参考文献:［1］蒋建平，高广运，汪明武．大直径超长桩有效桩长的数值模拟［J ］．建筑科学，2003，19（3）：27-29．［2］李晋，冯忠居，谢永利．大直径空心桩承载性状的数值仿真［J ］．长安大学学报：自然科学版，2004，21（4）：36-39．［3］朱向荣，王金昌．ABAQUS 软件中部分土模型简介及其工程应用［J ］．岩土力学，2004，25：144-148．［4］Hibbitt ，Karlsson ＆Sorensen ，Inc．ABAQUS /Standard User ’s Manual ；ABAQUS /CAE User ’s Manual ；ABAQUS Keywords Manual ；ABAQUS QUS Theory Manual ［M ］．美国：HKS 公司，2002．［5］潘冬子，李颖，黄正华．桩土体系相互作用的计算机仿真分析［J ］．煤田地质与勘探，2004，32（4）：44-47．［6］陈晶，高峰，沈晓明．基于ABAQUS 的桩侧摩阻力仿真分析［J ］．长春工业大学学报，2006（3）：27-29．The S imulation of P ile-S oil I nteraction U sing ABAQUSC hen Jing（College of Engineering ，Nanjing Agricultural University ，Nanjing 210031，China ）Abstract:In this paper ，ABAQUS software is used to simulate interaction between pile and soil．The pile-soil contact pair is built by the master-slave method．The model of pile is elastic ，and modified Drucker-Pragerelastic-plastic model is applied to soil．The initial stress is also considered．For example ，the N1test-pile of a bridge is simulated．And the axial forces and settlements of the pile under the top loads are given．The results show that ABAQUS is available for simulation of pile-soil interaction．Key words:pile-soil interaction ；axial forces ；settlement ；ABAQUS图4P－S 曲线Fig．4P－S curve沉降/m m载荷/kN976--。
基于ABAQUS的桩土作用数值模拟可行性浅析
①基金项目:上海海事大学科研基金项目(2009160)。 上海市教委科研创新项目(09YZ250)。 港口、海岸及近海工程校重点学科项目(A 20 100 30 )。
上海市第四期本科教育高地建设项目(B 2100 08G )。 作 者 简 介:蒋 建 平(1966－), 男,湖 南 邵 阳 市 人,2002年6月 于 南 京 大 学 获 博 士 学 位,2004年5月 于 同 济 大 学 土 木 工 程 学 院 博 士 后 出 站 。现
土层名称 素填土 亚粘土 粉砂 亚粘土 亚粘土 粉细砂 亚粘土 粉细砂 粘土
密度（g ⋅ cm−3 ） ２ ２．０５ １．９１ ２．０５ ２．０５ １．９３ ２．０５ １．９３ ２．２
表 １ 土层物理力学参数［１］
变形模量／ Ｍ Ｐａ 泊松比 粘聚力／ｋＰａ
２４．１３
０．４１ ８３
内摩擦角／ （°） ２４．２ １８．４ ３１．１ １８．４ １８．４ ３１．３ １８．４ ３１．３ ２０．５ １８．４
土层层底标高／ ｍ ２７．１ ２３．４１ ２１．５１ １７．６１ ４．９１ ２．４１ １．７１ － ０．６９ － ９．７９ － １２．４９
对桩土间相互作用的模拟是可行的。
关键词:可行性 桩土作用 ABAQUS 数值模拟
中 图 分 类 号 :TU473
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1672-3791(2012)01(b)-0073-01
１ 工程概况 北 京 市 五 环 路 工 程 全 长 93公 里 ,桥 梁
桩 采 用 大 直 径 钻 孔 灌 注 桩[1]。五 环 路(三期) 工 程 六 号 标 段 ,依 据 地 勘 资 料 计 算 得 出 了 桥 梁 桩 的 设 计 参 数 。为 验 证 其 合 理 性 ,在 4 5 轴 附 近 布 置 了 2 根 试 验 桩 ( S - 4 0 - 1 、S 35-1),桩 径 1500mm,桩 长 分 别 为 40.0m、 35.0m。现 场 实 测 数 据 如 下 表1所示[1]。本 文 对S-35-1试 桩 的 桩 身 轴 力 和 沉 降 进 行 数 值模拟。
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（一）创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建，弹出创建部件对话框，将名称修改为Basis，模型空间选择三维，类型选择可变形，形状选择实体，类型为拉伸。
采用SI（mm）量纲，考虑到所创建部件的最大尺寸为100mm，大约尺寸改为200，为最大尺寸的2倍。
3：点击继续，进入草绘模式，为实体拉伸绘制界面草图。
4：点击创建构造工具，创建2条构造线，分别与X轴、Y 轴重合5：点击添加约束工具，弹出添加约束对话框，选择固定约束，按住shift点选2条构造线，按鼠标中键。
6：点击创建矩形工具，在绘图区随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具，修改矩形的长为100，宽为608：点击添加约束工具，使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创建圆工具，先绘制1个圆，半径为5，圆心到长边的距离为15，圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具，选择镜像操作的类型为复制，选择水平方向的构造线为镜像轴，选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象，按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的方法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制，弹出编辑基本拉伸对话框，将深度修改为20，点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，点选一条合适的边作为草绘的参照，进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型为指定深度，深度设为20，由于绘图区中的拉伸方向不是想要的方向，点击翻转方向按钮17：点击确定，完成拉伸18：点击创建切削：拉伸工具，为拉伸切削选择一个合适的平面，选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图:2 0：按下鼠标中键完成草图绘制，弹出编辑切削拉伸对话框，类型选择指定深度，深度修改为5，选择默认的拉伸切削方向，点击确定，结束切削拉伸21：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，选择一条边作为草绘参照，进入草绘模式，绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型设为指定深度，深度设为523：点击确定，完成拉伸24：创建一个基本平面，作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面工具，点选偏移所参照的平面，通过输入大小来设定偏移，确定偏移方向，输入偏移大小为30，点击确定完成基准平面的创建25：点击创建镜像工具，选择刚刚创建的基准平面为镜像平面，并选择保留原几何，完成镜像至此已经完成部件模型的创建（二）定义材料和界面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框，名称改为Steel，通用→密度，输入密度为7.85e-93：力学→弹性→弹性，输入弹性模量为2.1e5，输入泊松比为0.3，点击确定4：点击创建截面工具，弹出创建截面对话框，将名称修改为Basis_Section，类别为实体，类型为均质，点击继续，在弹出的编辑截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具，选择整个部件为要指派截面的区域，点击完成，弹出编辑截面指派对话框，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，点击确定（四）定义分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框，修改名称为Basic_Load，程序类型选择通用，静力、通用。
基于ABAQUS的桩土作用数值模拟可行性浅析
３ ． １１ １ ． ８４ １ ． ８４ ３ ． １３ １ ． ８４ ３ ． １３ ２ ． ０５ ｌ ． ８４
２ ．１ １ ５ ｌ ．１ ７ ６ ４．１ ９ ２ ４ ．１ １ ７ ．ｌ 一Ｏ ６ ．９ —９ ７ ．９ 一ｌ ．９ ２ ４
①基 金 项 目 ： 海 海 事 大 学 科 研 基 金 项 目（０ ９ ６ ） 上 ２ ０ ｌＯ 。 上海 市教委科 研创新 项 目（９ ２ ０ 。 ０ ＹＺ ５ ） 港 口、 海岸 及近海 工程 校重 点学科 项 目（ ０ ０ ３ ） Ａ２ １ ０ ０ 。 上海 市第 四期本 科教 育高地 建设项 目（ １ ０ ８ 。 Ｂ２ ０ ０ Ｇ） 作 者 简 介 ： 建 平（ ９ ６一） 男 ， 蒋 １６ ， 湖南 邵 阳 市 人 ， ０ ２ ２ ０ 年６月干 南 京 大学 获 博 士学 位 ， ０ ４ ５ ２ ０ 年 月于 同济 大学 土木 工 程学 院 博士 后 出 站 。 现
２ ．５ ３ ８ ２ ．３ ４ １ ２ ．３ ４ １ ３ ．３ ０ ８ ２ ．３ ４ １ ３ ．３ ０ ８ ２ ．４ ８３ ２ ．３ ４ １
０ ３ ．３ ０ ４ ．１ ０ ４ ．１ ０ ３ ．１ ０ ４ ．１ ０ ３ ．ｌ ０ ３ ．７ ０ ４ ．ｌ
９ ８ ３ ８ ３ ３ ． ２５ ８ ３ ３ ． ２５ ５ ． ０２ ８ ３
④一ｌ
④
土层名称
素填士
亚 粘 士
密度 （ ｃ 一） ｇ．ｍ
２
２ ０ ．５
变形模 量／ ａ ＭＰ
ｌ Ｏቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２ ．３ ４ １
泊松 比 粘 聚力／ Ｐ ｋａ
０２ ．５
０ ４ ．１
内摩擦 角／ 。） （
２ ． ４２
Abaqus静力分析实验报告
（一）创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建，弹出创建部件对话框，将名称修改为Basis，模型空间选择三维，类型选择可变形，形状选择实体，类型为拉伸。
采用SI（mm）量纲，考虑到所创建部件的最大尺寸为100mm，大约尺寸改为200，为最大尺寸的2倍。
3：点击继续，进入草绘模式，为实体拉伸绘制界面草图。
4：点击创建构造工具，创建2条构造线，分别与X轴、Y 轴重合5：点击添加约束工具，弹出添加约束对话框，选择固定约束，按住shift点选2条构造线，按鼠标中键。
6：点击创建矩形工具，在绘图区随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具，修改矩形的长为100，宽为608：点击添加约束工具，使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创建圆工具，先绘制1个圆，半径为5，圆心到长边的距离为15，圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具，选择镜像操作的类型为复制，选择水平向的构造线为镜像轴，选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象，按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制，弹出编辑基本拉伸对话框，将深度修改为20，点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，点选一条合适的边作为草绘的参照，进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型为指定深度，深度设为20，由于绘图区中的拉伸向不是想要的向，点击翻转向按钮17：点击确定，完成拉伸18：点击创建切削：拉伸工具，为拉伸切削选择一个合适的平面，选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图:2 0：按下鼠标中键完成草图绘制，弹出编辑切削拉伸对话框，类型选择指定深度，深度修改为5，选择默认的拉伸切削向，点击确定，结束切削拉伸21：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，选择一条边作为草绘参照，进入草绘模式，绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型设为指定深度，深度设为523：点击确定，完成拉伸24：创建一个基本平面，作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面工具，点选偏移所参照的平面，通过输入大小来设定偏移，确定偏移向，输入偏移大小为30，点击确定完成基准平面的创建25：点击创建镜像工具，选择刚刚创建的基准平面为镜像平面，并选择保留原几，完成镜像至此已经完成部件模型的创建（二）定义材料和界面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框，名称改为Steel，通用→密度，输入密度为7.85e-93：力学→弹性→弹性，输入弹性模量为2.1e5，输入泊松比为0.3，点击确定4：点击创建截面工具，弹出创建截面对话框，将名称修改为Basis_Section，类别为实体，类型为均质，点击继续，在弹出的编辑截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具，选择整个部件为要指派截面的区域，点击完成，弹出编辑截面指派对话框，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，点击确定（四）定义分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框，修改名称为Basic_Load，程序类型选择通用，静力、通用。
钻孔灌注桩破坏性试验在ABAQUS中的数值模拟研究
钻孔灌注桩破坏性试验在ABAQUS中的数值模拟研究孙志贤（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州５１０５００）摘要：本文依据鲜有的现场钻孔灌注桩静载抗压破坏性试验资料，采用现场实测数据分析和数值模拟相结合的方法，运用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件进行单桩数值静载试验模拟。
结果表明：荷载－沉降曲线线性段处，侧摩阻力沿深度方向逐步发展，达到一定值就趋于稳定；下降段处，侧摩阻力沿深度方向呈线性分布，并且随着荷载的增大而逐步增大，慢慢逼近极限值。
随着荷载的增大，桩和土有脱开的趋势，并逐步往桩顶方向发展，导致了侧摩阻力最大值逐渐上移。
关键词：破坏性试验；数值模拟；桩顶沉降；侧摩阻力；轴力中图分类号：ＴＵ４７３．１＋４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－２１３３（２０１７）０１－２８－０５The ABAQUS Numerical Simulation Research on Bored Pile Destructive TestSUN Zhi-xian（Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co ,Ltd.,Guangzhou 510500,China)Abstract:ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｄＡＢＡＱＵＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｓｉｎｇｌｅｐｉｌｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｔｅｓｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｒａｒｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｄａｔａｏｆｂｏｒｅｄｐｉｌｅｓｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｄｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｌｏｎｇｔｈｅｄｅｐｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｂｅｃａｍｅｓｔａｂｌｅａｆｔｅｒｃｅｒｔａｉｎｖａｌｕｅ．Ｉｎｔｈｅｄｅｃｌｉｎｅｐａｒｔ，ｓｉｄｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗａｓｌｉｎｅａｒｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｐｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｉｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｌｏａｄａｎｄｔｅｎｄｅｄｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｌｉｍｉｔｖａｌｕｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｌｏａｄ，ｔｈｅｐｉｌｅａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｈａｄａｔｅｎｄｅｎｃｙｔｏｄｅｐａｒｔａｎｄｔｅｎｄｅｄｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｌｅｔｏｐ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒｓｈｉｆｔｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｉｄｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Keywords:ＤｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅＴｅｓｔ；ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＰｉｌｅＴｏｐＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ＳｉｄｅＦｒｉｃｔｉｏｎａｌＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＡｘｉａｌＦｏｒｃｅ１引言伴随着国民经济的快速增长，我国正处于大规模的土木工程建设时期，其中桩基础作为一种重要的基础形式得到广泛的应用。
基于ABAQUS的桩侧摩阻力数值模拟分析
基于ABAQUS的桩侧摩阻力数值模拟分析摘要: 采用ABAQUS有限元软件模拟桩土相互作用，桩土接触面采用主从接触算法，在桩身与桩周土之间建立接触对；桩身采用线弹性模型，土体采用摩尔-库仑模型，并考虑初始地应力的影响。
通过计算，得到了桩侧摩阻力的分布情况，并通过算例对模拟情况和实际情况下的桩侧摩阻力和桩吧顶总沉降进行了对比，结果表明，数值模拟结果与现场测试结果相一致。
关键词: 桩土相互作用；桩侧摩阻力；沉降；ABAQUS0 引言桩基础设计主要围绕承载力和沉降的计算展开。
在常规的设计方法中，桩侧摩阻力在同一土层中通常是一个固定不变的值，而且往往估计过小。
事实上，桩侧摩阻力的值是随着桩顶载荷、深度等各种因素而变化的，而且深度效应较为明显。
对于摩擦型桩，其承载力主要由桩侧摩阻力承担，所以，正确分析和计算桩侧摩阻力的分布及影响因素至关重要。
传统的方法是做桩的破坏性载荷试验，但是桩的现场载荷试验既费工又费钱，尤其对于大直径桩，要进行这类试验需施加很大的试验载荷，无论是加载条件，还是试验技术都很困难。
如何根据室内试验得到的有关资料，利用数值模拟分析的方法来确定桩侧摩阻力分布情况，进而确定桩的竖向承载力，是值得深入研究的问题[1，2 ] 。
1 桩土计算模型的建立考虑土体材料非线性、桩周土分层、桩土间接触非线性、桩端及桩侧注浆加固、桩长及桩直径变化等因素时，有限元法是现阶段最适用的方法，它能解决由于试桩困难及实测费用大而无法大量进行的问题。
1.1有限元模型ABAQUS的接触模拟中，要在模型中的各个构件上建立表面，并建立接触对，采用主-从接触算法。
这里选择较柔软的土体表面为从属表面，其表面网格划分较为精细；选择刚性的桩体表面为主面，接触面划分如图1所示：对于单个的大直径超长桩的轴向受荷有限元分析，可简化为轴对称平面问题进行计算。
文中采用4结点双线性轴对称单元。
为了减小计算误差，同时也为了缩短计算时间，在桩土接触面附近单元网格划分的较细，而在远离接触面的土体，网格划分相对稀疏，网格划分如图2所示。
Abaqus静力分析实验报告
（一）创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建,弹出创建部件对话框,将名称修正为Basis,模子空间选择三维,类型选择可变形,外形选择实体,类型为拉伸.采取SI（mm）量纲,斟酌到所创建部件的最大尺寸为100mm,大约尺寸改为200,为最大尺寸的2倍.3：点击持续,进入草绘模式,为实体拉伸绘制界面草图.4：点击创建结构对象,创建2条结构线,分离与X轴.Y轴重合5：点击添加束缚对象,弹出添加束缚对话框,选择固定束缚,按住shift点选2条结构线,按鼠标中键.6：点击创建矩形对象,在画图区内随便绘制一个矩形7：点击添加尺寸对象,修正矩形的长为100,宽为608：点击添加束缚对象,使矩形分离关于2条结构线对称9：点击创建圆对象,先绘制1个圆,半径为5,圆心到长边的距离为15,圆心到宽边的距离为1010：点击镜像对象,选择镜像操纵的类型为复制,选择程度偏向的结构线为镜像轴,选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象,按下鼠标中键完成镜像11：应用同样的办法绘制别的2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制,弹出编辑根本拉伸对话框,将深度修正为20,点击肯定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸对象,为实体拉伸选择一个适合的平面,点选一条适合的边作为草绘的参照,进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式,弹出编辑拉伸对话框,类型为指定深度,深度设为20,因为画图区中的拉伸偏向不是想要的偏向,点击翻转偏向按钮17：点击肯定,完成拉伸18：点击创建切削：拉伸对象,为拉伸切削选择一个适合的平面,选择一条适合的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图: 20：按下鼠标中键完成草图绘制,弹出编辑切削拉伸对话框,类型选择指定深度,深度修正为5,选择默认的拉伸切削偏向,点击肯定,停止切削拉伸21：点击创建实体：拉伸对象,为实体拉伸选择一个适合的平面,选择一条边作为草绘参照,进入草绘模式,绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式,弹出编辑拉伸对话框,类型设为指定深度,深度设为523：点击肯定,完成拉伸24：创建一个根本平面,作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面临象,点选偏移所参照的平面,经由过程输入大小来设定偏移,肯定偏移偏向,输入偏移大小为30,点击肯定完成基准平面的创建25：点击创建镜像对象,选择方才创建的基准平面为镜像平面,并选择保存原几何,完成镜像至此已经完成部件模子的创建（二）界说材料和界面属性1：模块：属性3：力学→弹性→弹性,输入弹性模量为2.1e5,输入泊松比为0.3,点击肯定4：点击创建截面临象,弹出创建截面临话框,将名称修正为Basis_Section,类别为实体,类型为均质,点击持续,在弹出的编辑截面临话框中选择肯定5：点击指派截面临象,选择全部部件为要指派截面的区域,点击完成,弹出编辑截面指派对话框,点击肯定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例对象,弹出创建实例对话框,点击肯定（四）界说剖析步和指定输出请求1：模块：剖析步2：点击创建剖析步对象,弹出创建剖析步对话框,修更名称为Basic_Load,程序类型选择通用,静力.通用.点击持续,在弹出的编辑剖析步对话框中接收默认设置,点击肯定.3：点击场输出治理器对象,弹出场输出请求治理器.4：点击编辑,弹出编辑场输出请求对话框5：应力下拉列表中只选择S,应力分量和不变量6：感化力/反感化力下拉列表中,只选择RT反感化力7：封闭接触选项8：点击肯定封闭编辑场输出请求对话框,点击封闭退出场输出请求治理器.9：点击过程输出治理器对象,弹出过程输出请求治理器对话框10：点击删除,点击是肯定删除,封闭对话框（五）指定鸿沟前提和施加载荷1：模块：载荷2：在Initial剖析步中指定鸿沟前提3：点击创建鸿沟前提对象,弹出创建鸿沟前提对话框,名称选择默认的BC-1,剖析步选择Initial,类别为力学,鸿沟束缚类型为位移/转角,点击持续4：选择轴承座的底面作为施加鸿沟前提的区域5：点击完成,弹出编辑鸿沟前提对话框6：勾选U3,点击肯定7：创建第二个鸿沟前提8：点击创建鸿沟前提对象,弹出创建鸿沟前提对话框,名称选择默认的BC-2,剖析步仍选择Initial,类别为力学,鸿沟束缚类型为位移/转角,点击持续9：选择4个内孔圆柱面为施加鸿沟前提的区域10：点击完成,弹出编辑鸿沟前提对话框,勾选UR3,单击肯定11：接下来对部件进行分区,以便于施加载荷.划分网格12：模块：部件13：点击拆分几何元素对象,选择一点及法线来指定朋分平面14：选择一点15：选择一个法线偏向16：点击创建分区完成分区,分区后的部件如下图17：按照相似的办法对部件进行其余的分区操纵,所有分区都完成后的部件如下图所示18：施加载荷19：模块：载荷20：点击创建载荷对象,弹出创建载荷对话框,载荷名称选择默认Load-1,剖析步为Basic_Load,剖析类别为力学,载荷类型为压强,点击持续21：选摘要施加载荷的概况22：点击完成,弹出编辑载荷对话框,将大小改为10,点击肯定23：为便于网格划分,还须要对部件进行一次分区,分区后的成果如下图（六）网格划分1：模块：网格2：对象：部件3：采取扫掠网格生成技巧生成网格4：点击种子部件对象,弹出全局种子对话框,快要似全局尺寸修正为2.5,单击完成5：点击指派单元类型对象,选摘要指定单元类型的区域,即为全部部件6：单击完成,弹出单元类型对话框,选择单元库为Standard,族为三维应力,几何阶次为二次,单元为六面体,选择减缩积分,点击肯定7：点击为边布种对象,快要似单元尺寸修正为2.5,肯定8：点击指派网格掌握属性对象,选择全部部件,点击完成,弹出网格掌握属性对话框,单元外形为六面体,技巧为扫掠,采取中性轴算法,单击肯定.9：单击为部件划分网格对象,选择是,完成网格的划分,划分网格后的部件如下图示（7）生成.运行和监控一个功课1：模块：功课2：点击功课治理器对象,弹出功课治理器对话框3：点击创建,弹出创建功课对话框4：点击持续,弹出编辑功课对话框,单击肯定.5：创建一个功课,提交,运行,完成,成果6：成果如下图示。
基于ABAQUS软件的静压钢板桩有限元模拟分析
科学技术创新2021.10基于ABAQUS 软件的静压钢板桩有限元模拟分析李宇航（广东工业大学，广东广州510006）1概述桩基础是一种对土质环境适应性较强的建筑基础，其具有久远的历史及较高的承载力，被广泛地应用于高层、桥梁、码头等建筑物中。
近年来，随着国家经济的高速发展及城镇化步伐的加快，极大促进了钢板桩在我国的发展和应用。
钢板桩作为一种现代基础与地下工程领域的重要工程建设的施工材料，可满足传统水利、土木道路交通工程、环境污染整治及突发性灾害控制等众多工程领域的施工需求[1]。
近年来，随着静压桩技术的广泛应用，静压钢板桩这一施工优势逐渐显现出来。
目前，众多学者对静压桩的沉桩机理进行了数值模拟研究，如张吉坤等[2]用ABAQUS 软件建立了静压桩连续贯入土体的有限元模型，探讨了沉桩过程中桩周土体的应力与应变分布特征，得到了贯入阻力随深度变化的规律。
郝友超[3]利用ABAQUS 数值模拟软件，对沉桩过程中压桩力、桩端阻力以及桩侧摩阻力随沉桩深度的变化进行了分析，实现了模型桩在砂土内连续贯入的数值仿真。
辛翀[4]利用ABAQUS 软件对某工程静压桩进行了数值分析，并将软件处理的结果与实测结果进行了比较。
牛永昌[5]借助静压桩的沉桩阻力及承载力时效性的现场实验数据，用ABAQUS 有限元分析软件对静压桩的沉桩阻力、桩端阻力等进行了系统分析研究。
本文结合实际情况，在ABAQUS 平台上，采用Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL)方法，对钢板桩的沉桩过程进行了模拟分析，研究了钢板桩在沉桩过程中沉桩阻力随深度的变化规律，同时，研究了选用不同本构模型对钢板桩沉桩阻力的影响，研究成果对于静压钢板桩的实际施工具有理论指导意义。
2有限元模型的建立及参数设置本文在ABAQUS 平台上，采用CEL 法对钢板桩单桩沉桩的过程进行模拟分析。
模拟采用总应力法；模拟过程中假定土体为均质连续的弹塑性土体，桩为刚性体；考虑土体初始应力的影响。
Abaqus静力分析实验报告
（一）创立部件之马矢奏春创作1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创立,弹出创立部件对话框,将名称修改为Basis,模型空间选择三维,类型选择可变形,形状选择实体,类型为拉伸.采纳SI（mm）量纲,考虑到所创立部件的最年夜尺寸为100mm,年夜约尺寸改为200,为最年夜尺寸的2倍.3：点击继续,进入草绘模式,为实体拉伸绘制界面草图.4：点击创立构造工具,创立2条构造线,分别与X轴、Y轴重合5：点击添加约束工具,弹出添加约束对话框,选择固定约束,按住shift点选2条构造线,按鼠标中键.6：点击创立矩形工具,在绘图区内随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具,修改矩形的长为100,宽为608：点击添加约束工具,使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创立圆工具,先绘制1个圆,半径为5,圆心到长边的距离为15,圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具,选择镜像把持的类型为复制,选择水平方向的构造线为镜像轴,选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象,按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的方法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制,弹出编纂基本拉伸对话框,将深度修改为20,点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创立实体：拉伸工具,为实体拉伸选择一个合适的平面,点选一条合适的边作为草绘的参照,进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式,弹出编纂拉伸对话框,类型为指定深度,深度设为20,由于绘图区中的拉伸方向不是想要的方向,点击翻转方向按钮17：点击确定,完成拉伸18：点击创立切削：拉伸工具,为拉伸切削选择一个合适的平面,选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图: 20：按下鼠标中键完成草图绘制,弹出编纂切削拉伸对话框,类型选择指定深度,深度修改为5,选择默认的拉伸切削方向,点击确定,结束切削拉伸21：点击创立实体：拉伸工具,为实体拉伸选择一个合适的平面,选择一条边作为草绘参照,进入草绘模式,绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式,弹出编纂拉伸对话框,类型设为指定深度,深度设为523：点击确定,完成拉伸24：创立一个基本平面,作为三角形肋板的镜像平面点击创立基准平面工具,点选偏移所参照的平面,通过输入年夜小来设定偏移,确定偏移方向,输入偏移年夜小为30,点击确定完成基准平面的创立25：点击创立镜像工具,选择刚刚创立的基准平面为镜像平面,并选择保管原几何,完成镜像至此已经完成部件模型的创立（二）界说资料和界面属性1：模块：属性3：力学→弹性→弹性,输入弹性模量为2.1e5,输入泊松比为0.3,点击确定4：点击创立截面工具,弹出创立截面对话框,将名称修改为Basis_Section,类别为实体,类型为均质,点击继续,在弹出的编纂截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具,选择整个部件为要指派截面的区域,点击完成,弹出编纂截面指派对话框,点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创立实例工具,弹出创立实例对话框,点击确定（四）界说分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创立分析步工具,弹出创立分析步对话框,修改名称为Basic_Load,法式类型选择通用,静力、通用.点击继续,在弹出的编纂分析步对话框中接受默认设置,点击确定.3：点击场输出管理器工具,弹进场输出请求管理器.4：点击编纂,弹出编纂场输出请求对话框5：应力下拉列表中只选择S,应力分量和不变量6：作用力/反作用力下拉列表中,只选择RT反作用力7：关闭接触选项8：点击确定关闭编纂场输出请求对话框,点击关闭退进场输出请求管理器.9：点击历程输出管理器工具,弹出历程输出请求管理器对话框10：点击删除,点击是确定删除,关闭对话框（五）指定鸿沟条件和施加载荷2：在Initial分析步中指定鸿沟条件3：点击创立鸿沟条件工具,弹出创立鸿沟条件对话框,名称选择默认的BC-1,分析步选择Initial,类别为力学,鸿沟约束类型为位移/转角,点击继续4：选择轴承座的底面作为施加鸿沟条件的区域5：点击完成,弹出编纂鸿沟条件对话框6：勾选U3,点击确定7：创立第二个鸿沟条件8：点击创立鸿沟条件工具,弹出创立鸿沟条件对话框,名称选择默认的BC-2,分析步仍选择Initial,类别为力学,鸿沟约束类型为位移/转角,点击继续9：选择4个内孔圆柱面为施加鸿沟条件的区域10：点击完成,弹出编纂鸿沟条件对话框,勾选UR3,单击确定11：接下来对部件进行分区,以便于施加载荷、划分网格12：模块：部件13：点击拆分几何元素工具,选择一点及法线来指定分割平面14：选择一点15：选择一个法线方向16：点击创立分区完成份区,分区后的部件如下图17：依照类似的方法对部件进行其余的分区把持,所有分区都完成后的部件如下图所示19：模块：载荷20：点击创立载荷工具,弹出创立载荷对话框,载荷名称选择默认Load-1,分析步为Basic_Load,分析类别为力学,载荷类型为压强,点击继续21：选择要施加载荷的概况22：点击完成,弹出编纂载荷对话框,将年夜小改为10,点击确定23：为便于网格划分,还需要对部件进行一次分区,分区后的结果如下图（六）网格划分1：模块：网格2：对象：部件3：采纳扫掠网格生成技术生成网格4：点击种子部件工具,弹出全局种子对话框,将近似全局尺寸修改为2.5,单击完成5：点击指派单位类型工具,选择要指订单位类型的区域,即为整个部件6：单击完成,弹出单位类型对话框,选择单位库为Standard,族为三维应力,几何阶次为二次,单位为六面体,选择减缩积分,点击确定7：点击为边布种工具,将近似单位尺寸修改为2.5,确定8：点击指派网格控制属性工具,选择整个部件,点击完成,弹出网格控制属性对话框,单位形状为六面体,技术为扫掠,采纳中性轴算法,单击确定.9：单击为部件划分网格工具,选择是,完成网格的划分,划分网格后的部件如下图示（7）生成、运行和监控一个作业1：模块：作业2：点击作业管理器工具,弹出作业管理器对话框3：点击创立,弹出创立作业对话框4：点击继续,弹出编纂作业对话框,单击确定.5：创立一个作业,提交,运行,完成,结果6：结果如下图示。
Abaqus静力分析实验报告
（一）创建部件1：模块：部件2：从菜单栏中选择部件→创建，弹出创建部件对话框，将名称修改为Basis，模型空间选择三维，类型选择可变形，形状选择实体，类型为拉伸。
采用SI（mm）量纲，考虑到所创建部件的最大尺寸为100mm，大约尺寸改为200，为最大尺寸的2倍。
3：点击继续，进入草绘模式，为实体拉伸绘制界面草图。
4：点击创建构造工具，创建2条构造线，分别与X轴、Y轴重合5：点击添加约束工具，弹出添加约束对话框，选择固定约束，按住shift点选2条构造线，按鼠标中键。
6：点击创建矩形工具，在绘图区内随意绘制一个矩形7：点击添加尺寸工具，修改矩形的长为100，宽为608：点击添加约束工具，使矩形分别关于2条构造线对称9：点击创建圆工具，先绘制1个圆，半径为5，圆心到长边的距离为15，圆心到宽边的距离为1010：点击镜像工具，选择镜像操作的类型为复制，选择水平方向的构造线为镜像轴，选择上一步绘制的第1个圆为待镜像的对象，按下鼠标中键完成镜像11：使用同样的方法绘制另外2个圆12：按下鼠标中键完成截面草图的绘制，弹出编辑基本拉伸对话框，将深度修改为20，点击确定13：拉伸出的实体如下图14：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，点选一条合适的边作为草绘的参照，进入草绘模式15：绘制如下界面草图16：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型为指定深度，深度设为20，由于绘图区中的拉伸方向不是想要的方向，点击翻转方向按钮17：点击确定，完成拉伸18：点击创建切削：拉伸工具，为拉伸切削选择一个合适的平面，选择一条合适的边作为草绘参照19：绘制如下界面草图:2 0：按下鼠标中键完成草图绘制，弹出编辑切削拉伸对话框，类型选择指定深度，深度修改为5，选择默认的拉伸切削方向，点击确定，结束切削拉伸21：点击创建实体：拉伸工具，为实体拉伸选择一个合适的平面，选择一条边作为草绘参照，进入草绘模式，绘制如下界面草图22：按下鼠标中键退出草绘模式，弹出编辑拉伸对话框，类型设为指定深度，深度设为523：点击确定，完成拉伸24：创建一个基本平面，作为三角形肋板的镜像平面点击创建基准平面工具，点选偏移所参照的平面，通过输入大小来设定偏移，确定偏移方向，输入偏移大小为30，点击确定完成基准平面的创建25：点击创建镜像工具，选择刚刚创建的基准平面为镜像平面，并选择保留原几何，完成镜像至此已经完成部件模型的创建（二）定义材料和界面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框，名称改为Steel，通用→密度，输入密度为3：力学→弹性→弹性，输入弹性模量为，输入泊松比为，点击确定4：点击创建截面工具，弹出创建截面对话框，将名称修改为Basis_Section，类别为实体，类型为均质，点击继续，在弹出的编辑截面对话框中选择确定5：点击指派截面工具，选择整个部件为要指派截面的区域，点击完成，弹出编辑截面指派对话框，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，点击确定（四）定义分析步和指定输出要求1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框，修改名称为Basic_Load，程序类型选择通用，静力、通用。
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ＡＢ ＡＱＵ Ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ
ＧＡＯ Ｌ ｕ—ｃ ｈ ａ ｏ， ＹＥ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ—ｙ ａ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ， Ｈ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ａ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
减 少； 桩 土相 互作 用 变化也是 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 高桩极 限承载 力 的手段 。
关 键词 ： 单桩 极 限承 载力 ； Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ ； 摩擦 系数 ； Ｑ—ｓ曲线
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ４ ７ ３ ． １ 文献标 识码 ： Ａ
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｐ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｌ ｏ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
ｂ ｙ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏ ｆ ｐ ｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｉ ｌ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ —
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｗ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｂ ｅ ａ ｉｎ ｒ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐ ｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ｌ ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
值模拟。其模拟结果表 明： 通过合理的选择桩土力学参数 ， 模拟得 到的 Ｑ— Ｓ曲线与现场实测 值基本吻合 ， 说明利用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 有限元分析软件模拟单桩静载试验是可行的。同时分析桩 土 之间不 同摩擦 系数 对承载力的影响情况 ， 摩擦 系数 值对提 高单桩极限承载能力是有利的。 因此， 摩擦 型桩基极限承栽力主要 靠桩侧摩阻力从桩顶传递到桩端； 轴 向力传递 自上 而下逐渐
第３ ２卷
第 ３期
河
北
工
程
大 学
学
报
（ 自 然
科
学
版）
Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． ３ Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ５
２ ０ １ ５年 ０ ９月
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
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文章编 号 ： １ ６ ７ ３— ９ ４ ６ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ５ １ —０ ４
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３— ９ ４ ６ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ １ ２
基于 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 软 件 的单 桩 静 载试 验 数 值 模 拟
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高鲁 超 ， 叶 生洋
（ 河海大学 力学与材料学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
摘要： 为 了分析桩基 极 限承 载 力分布 传 递 规律 以及 研 究提 高承 载 力 的影 响 因素 ， 利用Ａ Ｂ Ａ Ｕ Ｑ Ｓ
有 限元 分析软 件 并结合 实际工程 勘察 资料 ， 选 择 合 适 的桩 土 力 学参 数 ， 对 单 桩静 载 试 验进 行 数