悬臂式排桩支护结构弹性支点法计算在ANSYS中实现

  《建筑基坑支护技术规程》采用弹性支点法对支挡式支护结构计算变形和内力分析，是一种基于荷载—结构模型的分析方法。弹性支点法的分析对象为支挡构件本身，不包括土体。支挡结构被当作是竖放于土中的弹性地基梁，作用于梁上的荷载为水、土压力，支挡结构在开挖面以下嵌固于土层中，因此土土支挡结构的约束简化为若干弹簧。由此可见，弹性支点法其本质便是求解超静定梁的内力与变形。下图为典型的悬臂式排桩支护结构的剖面图，为了方便计算与理解，土层参数亦列于剖面图中。

根据上图中的支护结构，弹性支点法的计算模型如下图所示。图中左侧的线荷载为土压力值，土压力采用经典朗肯土压力计算方法计算；右侧开挖面以下的土体（行业中常称之为“被动区土体”）对桩的约束简化为土弹簧，弹簧的弹性系数计算方法可参见《建筑基坑支护技术规程》第4.1.5条条文规定。

在ANSYS中，采用二维弹性梁单元BEAM3模拟支护桩，采用弹簧单元COMBIN14模拟土层弹簧单元。加载土压力时使用SFBEAM命令在BEAM3单元的I、J节点上施加相应土压力强度。下图是施加完土压力和弹簧约束的有限元模型。

静力求解完成后，支护排桩的最大变形图如下图所示。最大变形位于桩顶位置，变形值0.058368m。

支护桩的桩身弯矩图和剪力图如下图所示。

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