有限元分析应力

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路基根基底面拉应力分布的有限元分析

路基根基底面拉应力分布的有限元分析为操纵路基根基底面拉应力，文中提出了在路基底部设置扩大根基的路基设计思路，并通过有限元计算，对加设基础后的路基布局举行应力分析，并基于分析结论，提出路基布局设计指导观法。

摘要：

路基布局，拉应力，因素分析，布局设计，指导观法0.概述桥头跳车一般都归结为台背路基填筑的沉降问题，而路基沉降包括路堤沉降和地基的沉降，实践证明，只要选择合适的台背填料并严格施工操纵，台背路根本身的压缩变形可以疏忽不计，就是说，台背沉降主要是由于地基沉降造成的，而地基的沉降又是由于高路堤和上部荷载的压力造成。目前，施工过程中多采用加固地基尽可能提高地基承载力，从而减小沉降做法，但往往要花费大量的物力财力，假设能使地基顶面的压力减小到最小，那么仅需对地基稍加处理就可以达到有效降低台背沉降的目的，不但便当了施工，而且经济效益也特别明显。本文从路基布局设计的角度启程，在路基底部加设扩大根基，并建立台背路基布局的有限元模型，对不同台背填土高度、不同根基厚度、不同填料类型对地基顶面应力的影响，举行有限元分析，最终提出台背路基根基的设计原那么。1.台背路基布局设计在路基底部设置扩大根基，分散台背填土对地基的应力，扩大根基的宽度为路基坡脚每侧加宽b米，b值可按照文献分散角理论试算并结合实际施工要求确定。扩大根基的厚度为基坑深度h米（即桥台根基埋置深度）再在地面以上加深d米，d值确实定原那么是使地基顶面的应力得志地基承载力的要求，且地基变形得志沉降要求。台背路基布局设计示意如图1和图2所示。

3.分析模型的建立利用通用有限元软件MSC.NASTRAN对路基、根基和地基布局举行计算分析，以期分析不同路基高度、路基填料、基础厚度和根基材料下分散应力的效果。建立的模型如图3所示，模型边界条件为地基确定深度处固定，地基两侧水平方向的自由约束。模型尺寸如下：路基顶面宽24m，路基边坡坡度为1：1.5，模型中基坑深度h取值4m，根基宽度为路基坡脚两侧各加宽b米，根据文献中的分散角理论试算，取b值为3.5m，通过大量的试算，认为地基的厚度取16m时，能够得志计算精度的要求。

图3路基-根基-地基布局的有限元模型4.影响路基根基底面应力的因素分析根基设置如图4所示。根基设置在路基和地基之间，沿横断面方向根基宽度为路基坡脚两侧各加宽2m。

图4根基设置示意图设路基填料容重为γ1，根基填料容重γ2，路基高度为H，根基厚度为（d+h）。不设置扩大根基时，路基横断面中点处地基顶面的应力为：

（1）设置扩大根基后，考虑根基的应力分散作用，路基横断面中点处的地基顶面应力可表示为式（5-2），即路基经基础分散后的附加应力和根基的自重应力之和：

（2）式中：—根基底面处的自重应力值（KPa）；

—根基底面处的附加应力值（KPa）；

—根基的应力分散系数（％）；

那么加设根基，地基顶面应力减小值为(3)可将影响地基顶面的应力减小分为两方面考虑，从(4)式可以看出，减小根基容重、增加根基厚度都可以减小地基顶面应力。从(5)式中可以看出，增大应力分散系数可以减小地基顶面应力。而是和路基模量、根基模量和厚度以及地基模量有关的系数。通过计算分析，可以得到各种因素对路基根基底面应力分布的影响。5根基底面拉应力的影响分析取路基密度为固定值2210kg/m3，根基密度为固定值1700kg/m3。

5.1不同根基模量和地基模量对根基底面拉应力的影响取根基厚度为5m。路基模量确定时，不同根基模量和地基模量对根基底面拉应力的影响如图5和图6所示。

图5路基模量为60MPa时不同根基模量和地基模量下根基底面拉应力变化曲线由图5可以看出，根基底面拉应力主要受根基和地基的相对模量大小的影响，增加根基和地基的相对模量，根基底面拉应力越大。根基模量为200MPa时，E2/E0＝10，根基底面拉应力为0.13MPa；

根基模量为200MPa时，E2/E0＝40，基础底面拉应力为0.48MPa；

根基模量为800MPa时，E2/E0＝40，根基底面拉应力为0.50MPa。

图6路基模量为300MPa时不同根基模量和地基模量下根基底面拉应力变化曲线由图6可以看出，随着根基和地基相对模量的增大，基础底面拉应力增大。在地基模量较小时，根基底面拉应力会随着路基模量的增大而减小。根基模量为400MPa时，E2/E0由10增大到40，根基底面拉应力增大0.29MPa；

地基模量为5MPa、根基模量为800MPa时，路基模量从60增加到300MPa，根基底面拉应力减小0.20MPa。

5.2不同根基厚度和地基模量对根基底面拉应力的影响取路基模量为60MPa，根基模量为400MPa，不同根基厚度和地基模量对根基底面拉应力的影响如图7所示。

图7不同根基厚度和地基模量下根基底面拉应力变化曲线由图7可以看出，根基底面拉应力几乎不受根基厚度的影响，只随地基模量增大而减小。

6.相关结论和建议根基底面拉应力主要受根基和地基的相对模量大小的影响，增加根基和地基的相对模量，根基底面拉应力越大。

在地基模量较小时，根基