吳承華

(銅仁市公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 數(shù)值計(jì)算參數(shù)

現(xiàn)有鋼管樁，其直徑為2 500 mm，壁厚為20 mm，材質(zhì)為Q235，鋼管兩端開(kāi)口。受沿管周并指向圓心的壓力。

用離心率e 描述橢圓環(huán)的扁度情況，則0 ＜e ＜1。e 越接近0，橢圓越圓，e =0 時(shí)即為圓形;反之，e 越接近1，橢圓越扁。

分析采用的橢圓尺寸如表1。

表1 橢圓離心率

鋼管樁的截面應(yīng)力分析簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題后，用ANSYS 軟件中的PLANE42 單元模擬。做彈性分析時(shí)，采用應(yīng)力指標(biāo)判斷鋼管樁截面是否屈服，即截面主應(yīng)力S1、S3 與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度235 MPa 比較，判斷鋼管樁截面是否屈服。

2 扁度對(duì)受力性能的影響

根據(jù)ANSYS 數(shù)值分析結(jié)果，作不同扁度時(shí)鋼管樁截面的主應(yīng)力－荷載圖及臨界荷載－離心率圖，以揭示扁度對(duì)鋼管樁受力性能的影響。

圖1 說(shuō)明，隨著圓環(huán)漸變?yōu)闄E圓環(huán)，截面的主應(yīng)力S1、S3 急速增長(zhǎng)。截面的主應(yīng)力受橢圓環(huán)離心率的影響十分顯著。圖2 說(shuō)明，隨著橢圓環(huán)離心率的增加，臨界屈服荷載急速下降;而且，主應(yīng)力S3 的變化幅度大于主應(yīng)力S1，橢圓環(huán)截面屈服受主應(yīng)力S3 控制，表現(xiàn)為受壓屈服。

將半橢圓環(huán)的弧線長(zhǎng)度拉直展開(kāi)，作為X 軸，繪制應(yīng)力沿弧線長(zhǎng)度方向的分布圖，結(jié)果見(jiàn)圖3。內(nèi)邊緣和外邊緣的徑向應(yīng)力表現(xiàn)為方向相反、數(shù)值不等，受橢圓環(huán)離心率的影響增幅不等;環(huán)向應(yīng)力則表現(xiàn)為方向相反、數(shù)值相等，受橢圓環(huán)離心率的影響增幅相等。

圖1 不同橢圓離心率時(shí)主應(yīng)力的增長(zhǎng)規(guī)律

圖3 沿弧長(zhǎng)方向(環(huán)向)分布規(guī)律

為了對(duì)比分析，圖4 給出了不同橢圓離心率的計(jì)算結(jié)果，左側(cè)為變形圖，右側(cè)為主應(yīng)力S3 應(yīng)力云圖。

圖4 不同扁度鋼管樁在臨界荷載作用下的變形及主壓應(yīng)力S3

3 結(jié) 論

數(shù)值分析表明，橢圓環(huán)扁度對(duì)鋼管樁截面受力影響很大。隨著圓環(huán)漸變?yōu)闄E圓環(huán)時(shí)，離心率發(fā)生漸變，截面應(yīng)力迅速增長(zhǎng)，臨界屈服荷載急速降低。橢圓環(huán)的主應(yīng)力S3 變化幅度大于主應(yīng)力S1，初始破壞形態(tài)表現(xiàn)為局部受壓屈服。因此，鋼管樁的設(shè)計(jì)應(yīng)留有較大的安全系數(shù)，以考慮這些因素的顯著影響。

［1］胡曉倫，楊江虎.杭州灣大橋鋼管樁沉樁施工工藝［J］.橋梁建設(shè)，2006，(1):52－55.

［2］郝文化.ANSYS 土木工程應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［3］宋勇，艾宴清，梁波等.精通ANSYS 7.0 有限元分析［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.