24 排桩

当桩在任意荷载（侧向、轴向、弯矩）下进行严格建模时，需要进行全面的三维分析，许多特殊情况可以在两个空间维度上进行处理。单桩在轴向荷载作用下可以看作轴对称结构。此外，在平面应变分析中，可以使用板单元来模拟受一般荷载作用的排桩，只要桩间距足够小，排桩就可以看作一个整体结构。

排桩的桩间距大约为几个桩径时，建模会更加复杂。一方面，单桩与周围土体存在相互作用，类似于与板单元；另一方面，土体可能会在桩之间流动。事实上，如果间距足够大，桩之间的部分土体将不会受到桩的影响。

OptumG2中排桩的特点试图迎合桩与土之间的相互作用部分。根据Sluis等（2014），基本思想是考虑土体和桩处于两个不同的“层”，与连接件相连接。然而，当连接件与土体完全不产生相互作用时，群桩中的桩通过弹簧与土体相连，其性质意味着存在少许的相互作用，原理如图24.1所示。

图24.1 桩土间相互作用，桩和土是相互独立的，但具有相同的坐标

三种不同类型的弹簧，考虑了三种不同类型的相互作用：轴向（A）为桩长方向的相互作用，法向（L）为垂直桩方向的相互作用，基础（B）为排桩和土之间的相互作用。相互作用的弹簧都具有有限的强度，下面将详细地讨论和排桩相关的参数。

24.1 桩

排桩采用标准梁单元来模拟，输入的参数是单桩的参数。三种不同类型的桩需要输入特定的尺寸：大面积圆形、圆管和大面积正方形。此外，可以通过用户选项输入任意截面的横截面面积和转动惯量，不同的参数设置如图24.2所示。

图24.2 排桩（桩）参数设置

根据Sluis等（2014），梁单元的杨氏模量和单位重量计算公式为：

                                                                                                                 (24.1)

其中：

                                                                                                                  、      (24.2)

s是间距。

图24.3 排桩（桩土间刚度）参数设置

24.2 桩土间刚度

根据Sluis等（2014），连接桩和土的弹簧刚度计算公式为：

                                                                                                                (24.3)

其中，K_A，K_L和K_B分别是轴向、法向和基底弹簧，IFS是相互作用系数，G_soil是土体的剪切模量。Sluis等（2014）建议的相互作用系数为：

                                                                                                          (24.4)

这些是使用默认选项实现的相互作用系数（参见图24.3）。另外，相互作用系数或弹簧刚度可手动输入。

24.3 桩土间强度

所有的相互作用弹簧都有一个有限的强度，可以按照图24.4所示进行指定，基底弹簧不能承受拉力。

图24.4 排桩（桩土间强度）参数设置

24.4 附加特性

24.5 基底

对于给定的排桩，基底可以指定为位于桩段的端部（B）或者尾部（E）（参见图24.5），或者，不指定则没有基底刚度和强度。排桩基底用一个灰色箭头表示，如图24.5所示。

图24.5 排桩基底

24.6 弹性区

根据Sluis等（2014），假定桩周有限区域内的单元是弹性的，默认情况下，弹性区的宽度为D_eq / 2（如图24.6所示）。通过在弹性区域选择用户，可以确定弹性区域的用户定义宽度，或者，未选择的话则没有弹性区域。

图24.6 弹性区