工作。在满足一定强度和变形要求的前提下，成为一个可靠的转换层。目前对承台进行分析时将桩承台简化成梁进行分析计算，但由于承台各个尺寸相差不多，这样简化会带来比较大的误差，甚至错误的结果。本文利用大型通用有限元数值平台 ADINA，考虑桩土相互作用，对桩基承台进行更精确的受力和变形分析，建立精确的二维和三维有限元模型。通过对该模型进行数值求解，并将计算结果与规范计算结果对比，得到一些对具有重要工程应用价值的结论。

一、基本资料与数值模型建立

1.基本资料

（1）场地资料。建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。场地地下水位离地表2.1m，地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标如表 1 所示。

（2）桩承台的几何尺寸。桩基为静压预制桩，第④层为桩端持力层，桩端全断面进入持力层1.0m（ > 2d），工程桩入土深度为h，h =1.8+8.3+12 +1 =23.1m。由于第①层厚1.8m，地下水位为离地表2.1m，为了使地下水对承台没有影响，所以选择承台底进入第②层土0.3m，即承台埋深为2.1m，桩基有效桩长即为23.1-2.1=21 m。桩截面尺寸350 mm ×350 mm，为方形桩。桩基及土层分布如图所示。承台类型为四桩承台，底面尺寸为1900 mm ×1900 mm。桩距为1200 mm，承台边缘至桩中心的距离为 350 mm，承台高度为1 000 mm，柱子尺寸为 500 mm × 500 mm，桩位平面布置如图所示。

（3）荷载信息。荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力Fk =2100 kN;作用于承台底面，绕过桩群形心的y主轴的力矩Myk =78kN·m;剪力Qk =47 kN。

2.数值模型建立

应用大型通用数值分析工具 ADINA，对桩承台基础进行有限元建模。土体采用摩尔库仑本构模型，桩土间相互作用通过设置无厚度接触单元来实现（在两个接触体间施加接触单元，通过接触单元来跟踪接触位置，保证接触协调性，并在接触表面之间传递法向应力和切向摩擦力）。

荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力Fk=2100 kN。将竖向集中力转化为线性分布压力施加到柱顶端，柱的边长为 0.5 m，因此分布压力大小为 4 200 kN/m。由于桩承台基础为对称结构，且其所受荷载同样对称，因此建立结构的 1/4 三维有限元模型。

二、 桩基承台受力及变形验算

1.二维计算模型

首先通过 ADINA 数值分析平台提供的 Initial Geological Stress功能来施加初始地应力。初始地应力通过 A，B，C，D，E，F 六个参数控制：B 为土重度;C 为侧压力系数，通常取为 0.3-0.4;A，D，F指的是土体先期固结压力，一般情况下假定水平土体正常固结，取 A，D，F 等于 0;在土体为各向同性时，C 与 E 可以取相同值。竖向位移最大值为0. 032 96 m（32. 96 mm）。根据二维数值模型计算结果积分得出各层土的桩侧摩阻力分别为：283 kN，343 kN，166 kN，桩侧摩阻力大小为792 kN，桩端阻力大小为 194 kN，桩侧阻力与桩端阻力的比值为4.1：1。

2.三维计算模型

三维数值模型得出的竖向位移最大值为0.033 09 m（33.09mm）。根据三维数值模型计算结果积分得出各层土的桩侧摩阻力分别为：278 kN，365 kN，183 kN，桩侧摩阻力大小为826 kN，桩端阻力大小为187kN，桩侧阻力与桩端阻力的比值为4.4∶1。

3.计算结果对比分析

基于 JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范，根据经验参数法按式（1）确定单桩竖向极限承载力标准值。Q uk = Q sk + Q pk= μ∑ q sik+ q pk A p （1）其中，μ 为桩身周长;q sik 为桩侧第 i层土的极限侧阻力标准值;q pk 为极限端阻力标准值;A p为桩端面积。除去杂填土外第②，③，④层土都是粘土，根据土的性质，查得第②，③，④层土的极限侧阻力標准值分别为 42 kPa，36 kPa 和60 kPa，第④层土的极限端阻力为2200kPa。将各层土参数代入式（1） 中，计算得出桩侧极限侧阻力为1159.2kN，极限桩端阻力为 269.5kN，桩侧极限侧阻力与极限桩端阻力的比值为4.3∶ 1。数值分析计算结果与规范法计算结果对比见表 3。

三、 结语

本文以算例的形式，介绍了有限元分析软件 ADINA 在桩承台基础设计中的应用。计算结果表明，数值分析计算得到的沉降值与规范方法基本一致。数值分析得出的桩侧摩阻力、桩端阻力均小于基于规范方法计算得出的桩侧极限侧阻力、极限桩端阻力，说明桩并未达到承载能力极限状态。数值分析得出的桩侧阻力与桩端阻力比值和基于规范法计算得出的桩侧极限侧阻力与极限桩端阻力的比值非常接近，说明了数值计算得出的桩侧阻力、桩端阻力的合理性。三维数值模型计算得出的结果比二维数值模型计算得出的结果更接近规范方法，说明三维数值模型计算所得结果更加准确。

参考文献：

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