理论基础
刚度模量法通过迭代耦合基底应力、沉降和基床系数参数,来反映基础板与土之间的相互影响。
首先以基床系数为初始值,进行第一次有限元计算以确定基底应力分布。然后按照布辛奈斯克理论在弹性半空间中计算沉降,对应力进行分层积分。由此推导出更新的竖向和抗剪有效基床系数参数,再以此进行下一次有限元计算。迭代将重复进行,直到沉降和应力的变化低于收敛阈值。
有关该方法的更多信息,请参见岩土工程分析模块的在线手册:
分析对象
对于所示的楼板,应通过应用刚度模量法,在进行结构分析时考虑土层与结构相互作用。
土的建模
土的结构按照以下步骤输入:
- 基于材料库创建土体材料
- 通过钻孔剖面描述土的结构
- 创建土层。
下面的图片系列简要总结了操作流程。详细步骤说明请参见技术文章 KB 1699 | 在 RFEM 6 中通过土样生成土体:
1. 刚度模量法作为地基模型类型
应用刚度模量法的基础是土层。
然后可以在土层的“地基模型类型”字段中选择用于地基模型的数值方法。
在下拉菜单中选择刚度模量法 (1)。
此时会出现一个附加的“设置”部分 (2),其中汇总了更多设置和选项。
2. 需要支座的面
在刚度模量法的设置中,需要指定要施加支座的面的分配。在本示例中,其他设置均采用默认值。
可以点击“确定”确认输入。至此土的结构建模完成。
3. 生成的支座
刚度模量法会生成面支座以及位于边缘线上的线支座。
创建的支座会列在面和线的类型中,并在模型中图形化显示。支座系数将在结构分析过程中计算得出。
分析
在本示例中,荷载组合应由向导生成,因此刚度模量法将分别针对准永久设计状况的组合进行。
对于所有其他设计状况,支座将从相应的准永久组合中采用。
这一点需在荷载组合向导中进行相应设置,如以下图片系列所示。
生成的荷载组合在下面的图片系列中示例性地进行了说明。
刚度模量法对于准永久状况的所有荷载组合均处于激活状态。而对于其他设计状况的所有组合,则设置为从相应的准永久荷载组合中采用支座。对于这些组合,将执行不包含刚度模量法的结构分析。
现在可以对模型进行计算。
结果
结构分析完成后,可以在结果导航器中为面选择“弹性支座系数”结果,从而将计算得到的基床系数值 Cu,z、Cvx,z 或 Cv,yz 图形化显示,如下图所示。
此外,可以在支座反力下选择线支座的“弹性支座系数”结果,并在图形中进行展示。
结论
借助刚度模量法,可以高效地考虑土层与结构相互作用,从而使有限元分析的结果质量相比恒定的弹性面支座得到显著提升。