多荷载作用下路基土力学特性有限元分析-论文发表网多荷载作用下路基土力学特性有限元分析-论文发表网2011-06-1408:26：未知浏览次数：关键字：建筑设计论文,发表论文,职称论文发表网多荷载作用下路基土力学特性有限元分析梁树锋摘要：有限元在房屋建筑、道路、桥梁、隧道等土木工程领域领域已经得到了广泛的应用，本文通过ANSYS有限元分析软件，并对二维模态进行分析。关键词：路基；土力学；ANSYS：TU452文献标识码：A1ANSYS简介ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元计算机设计程序。该软件90年代开始在我国许多领域得到广泛的应用，为各领域中的产品设计、科学研究等方面做出了巨大的贡献。ANSYS分析过程中包含三个主要的步骤：(1)创建有限元模型；(2)施加载荷并求解；(3)查看、处理结果[1-2]。2路基有限元分析方案2.1路基有限元离散模型的建立单元的选取。根据路基路面结构的实际情况，沿线路纵向作用于路基的正应变可近似为零，变形只发生在横截面内，故假定为平面应变问题。采用PLANE42单元作为平面应变单元来模拟路基路面。PLANE42是建立二维实体结构模型常用的一种单元，该单元由四个节点定义，每个节点有两个自由度：节点坐标系x，y方向的平动。该单元有塑形、蠕变、膨胀、应力钢化、大变形和大应变功能。路基几何模型的建立。根据工程的实际情况，建立路基整体模型。沥青混凝土路面厚0.2m，基层厚0.4m，路堤高度为4.6m，坡度为1:1.5，路面宽为12m，地基的厚度取4.8m。材料的选取。根据现场取样，室内土工试验取得的材料参数如表1所示，本路基模型材料参数的确定如表2；离散有限元模型如图1表1室内土工试验成果表试样物理试验力学试验天然含水率ω0(%)湿密度ρ0g/cm3比重Gs液限％塑限％液性指数粘聚力CKPa内摩擦角φ(度)粉质粘土17.21.82.432.216.30.23016粘土31.7~621.92.831.919.50.825022卵石质土容许承载力0.5MPa，压缩模量25.0MPa，变形模量50MPa表2材料的主要计算参数材料类型厚度（m）弹性模量Ε泊松比μ内摩察角φ粘聚力密度ρ沥青混凝土路面0.212000.252300水泥稳定碎石基层0.47000.32200路基粉质粘土3350.3516301800粘土6.4600.422551900图1路基有限元模型有限元分析中网格划分越精细，得到的数值解越精确，但需要增加更多的计算时间，占用更多地计算机资源。考虑到计算结果的准确和计算资源的有效利用，从路面向下到地基，网格划分有细到宽，地基网格单元每个宽1m。2.2模型路基荷载施加(1)位移约束，地基模型横断面两边水平方向被约束，下边竖直方向被约束。(2)静、动载荷施加。把道路两旁的静载荷简化为不随时间变化的集中荷载P，车辆荷载施加PD于道路的中央，加载方式为半波正弦荷载，动载作用开始时间为1s，结束时间1.5s，荷载步长取0.05s，计算时间为2s。本论文荷载模型保持动载的作用周期不变0.5s，通过改变静载P或动载PD大小，改变组合荷载大小。静载位于动载的两边，且距离动载各1m。2.3计算在有限元求解时，由于地基土为非线性材料，同时路面上的车辆---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---荷载作用具有瞬时性，故采用ANSYS程序中提供的瞬态分析模块，首先对模型进行模态分析，确定模型的固有频率，以确定有限元模型的阻尼系数α，β；在求解动力方程时采用Newmark-β时间积分法，该法是一种隐式方法。在使用Newmark-β时间积分法求解时，每次求解前，程序选择Newton-Raphson方法首先估计荷载的残差是否满足力的收敛条件，如果不满足收敛条件，重新估计荷载的残差量，修改刚度矩阵，获得新解，持续这种迭代过程直道问题收敛，最后解出所有节点的位移。采用ANSYS程序的通用后处理模块及时间历程处理模块对结果进行分析。3二维模态分析模态分析用于确定设计结构或结构部件的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其他动力学分析问题如瞬态动力学分析的起点，也是检验建立模型可靠性的重要方面。一般而言，结构动力响应主要由前n阶振型提供，高阶振型影响不大，所以本次计算采用3阶振动模态，如表3.表3前三个模态振动频率主振型固有频率f（Hz）圆频率...