ANSYS中螺旋锚板的数值模拟过程记录

yzhan79

　　ANSYS中螺旋锚板的数值模拟过程记录
　　一、数值模拟对象
　　作者D. Wang的论文“Uplift behaviour of helical anchors in clay”中的离心机试验模型C1.



　　C1原型尺寸:实心杆轴连接了3块螺旋板，杆轴半径为200mm,杆轴长度为9922mm(=2650+72+3600+3600)。3块螺旋板的半径相同，均为1200mm，厚度为72mm(论文中取0.03D,D=2400)，相互之间间距相同，为3600mm。顶部螺旋板之上的杆轴长度为2722mm(=2650+72)，底部螺旋板之下无杆轴。
　　二、ANSYS数值模型介绍
　　1、模型基本尺寸和参数
　　2D平面轴对称模型，模型中建立了杆轴和土体的实体单元，单元类型为PLANE42。假设螺旋板刚度无穷大，认为此处土体的竖向位移与临近同样深度的杆轴节点位移相同，通过两者节点的位移耦合，模型中没有建立螺旋板。杆轴-土体之间建立了粘结滑移单元(用法向和切向COMBIN39模拟)，杆轴底部-土体建立了法向连接弹簧COMBIN39。杆轴PLANE42单元为完全弹性材料，土体PLANE42单元为理想弹塑性DP材料，土体弹性模量为10.4MPA，泊松比0.49,粘聚力为20.7KPA，摩擦角为13.1。
　　2、模型基本假定
　　作者D. Wang的论文“Uplift behaviour of helical anchors in clay”的基本假定如下：
　　1)螺旋板近似为平板;
　　2)忽略杆轴-土体间的摩阻力;
　　3)假定螺旋板-土体之间的接触为完全粗糙(与完全光滑的结果相差不大于6%);
　　4)可考虑杆轴底部与土体的接触脱开;
　　三、不考虑杆轴-土体之间摩阻力数值模型的计算结果
　　1、参数设置(2D combin39 loadstepfiles INITIAL 20160329-47(好).txt)
　　认为杆轴-土体之间切向COMBIN39的摩阻力为零。首先让模型在自重作用下平衡(仅产生竖向应力，不产生变形)，然后在杆轴顶部作用向上的位移1000mm，分析土体中的应力和变形。
　　2、桩顶荷载-位移曲线

　　结论：与离心机试验数据、大变形数值模拟结果进行对比，小应变分析模型的极限荷载偏小，但极限荷载对应的变形较为符合。




　　从上图可知，当杆轴顶作用的位移UY= 50mm时，杆轴顶外部荷载基本达到最大值，约为1657KN。

　　作者D. Wang的论文“Uplift behaviour of helical anchors in clay”的大变形数值分析结果如下：


　　对于C1模型，由上图可知，当UY=0.05m时，杆轴顶外部荷载基本达到最大值，约为2400KN。

　　C1模型的离心机试验结果如下所示：



　　由上图可知，当UY=0.06m时，杆轴顶外部荷载基本达到最大值，约为2100KN。

　　3、极限荷载时螺旋板之间土体的变形图








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