软土地基路面结构的附加应力分析实例

9.4　软土地基路面结构的附加应力分析实例

1）部件（Part）模块

在ABAQUS/CAE中打开本章9.2节中生成的softpave－grid.cae文件（位于光盘目录：＼Chapter 09＼01softpave－grid＼），另存为softpave－stress.cae文件。

点击左侧工具区（Part Manager）按钮按钮右边），在弹出的Part Manager对话框中，选择geogrid，点击右侧按钮，点击按钮确认删除；按同样的方法删除softpave。

点击对话框右侧按钮，在弹出的Create Part对话框中，将Name设为stress，Approximate size设为50，点击按钮进入Sketch环境。

点击左侧工具区（Create Lines：Connected）按钮，在提示区中输入（－15.035，0），再在提示区中依次输入（15.035，0）、（14，0.69）、（－14，0.69），最后在视图区中点击点（－15.035，0），按Esc键退出。点击提示区的按钮，退出Sketch环境。点击Part Manager对话框中按钮。

用鼠标左键按住左侧工具区图标不放，稍等片刻，在弹出的系列图标中选择（Create Datum Point：Offset From Point）按钮，选择路面表面左侧顶点为偏移基准点，在提示区输入（－0.06，－0.04，0），按Enter键确认。按照同样的方法，仍以路面表面左侧顶点为偏移基准点，分别在提示区中输入（－0.15，－0.10，0）、（－0.51，－0.34，0）、（－0.735，－0.49，0），分别按Enter键确认。

按本书6.3节的方法，完成路面结构层的剖分。

2）特性（Property）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择特性（Property）模块。

点击左侧工具区（Material Manager）按钮（按钮右边），弹出Part Manager对话框。选择geogrid，点击右侧按钮，点击按钮确认删除。按同样的方法，删除材料sand、soft1、soft2，然后点击按钮退出。

提示：在对话框中选择材料geogrid时，按住Ctrl键不放，点选材料sand、soft1、soft2、SG，可一次删除五种材料。

点击左侧工具区（Section Manager）按钮按钮右边），弹出Section Manager对话框。按照上述方法，删除截面section－6、section－7、section－8、section－9、section－10，然后点击按钮退出。

点击左侧工具区（Section Assignment Manager）按钮按钮右边），弹出Section Assignment Manager对话框。点击按钮，在视图区中选择路面最上层，点击提示区按钮，在弹出的Edit Section Assignment对话框中后下拉框中选择Section－1，点击按钮，完成SMA材料层的截面指定。按照同样的方法，完成其他材料层（AC20、ATB、GM、CTB）的截面指定。完成截面指定后的Section Assignment Manager对话框如图9.16所示。最后点击按钮退出。

图9.16　完成截面指定后的Section Assignment Manager对话框

3）装配（Assembly）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择装配（Assembly）模块，这时将弹出如图9.17所示的警告窗口，点击按钮。

图9.17　实体被抑制的警告窗口

点击左侧工具区（Instance Part）按钮，在弹出的Create Instance对话框中点击按钮，完成实体stress的创建。

依次点击菜单［Tools］→［Set］→［Manager］，弹出的Set Manager对话框。选择SMA，点击按钮，在视图区中选择路面结构的最上层，点击提示区中按钮，完成集合SMA的重新定义；按照同样的方法，完成其他结构层（AC20、ATB、GM、CTB）的重新定义。按照同样的方法，选择路基底面，作为集合bottom的重新定义。

删除Set Manager对话框中其他多余的集合定义。完成集合修改定义后的Set Manager对话框如图9.18所示，点击按钮退出。

图9.18　完成集合修改定义后的Set Manager对话框

4）分析步（Step）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择分析步（Step）模块。

点击左侧工具区（Step Manager）按钮（按钮右边），弹出Step Manager对话框。点击按钮，点击Create Step对话框中按钮，点击Edit Step对话框中按钮，再点击Step Manager对话框中的按钮，完成分析步Step－1的创建。

5）相互作用（Interaction）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择相互作用（Interaction）模块。

点击左侧工具区（Constraint Manager）按钮（按钮右边），弹出Constraint Manager对话框。点击按钮，点击按钮确认删除，再点击按钮。

6）载荷（Load）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择载荷（Load）模块。

图9.19　Edit Boundary Condition对话框

点击左侧工具区（Boundary Condition Manager）按按钮右边），弹出Boundary Condition Manager对话框；点击按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Types for Selected Step中选择Displacement/Rotation，点击按钮，点击提示区右侧按钮。在弹出的Region Selection对话框中选择bottom，点击按钮；弹出Edit Boundary Condition对话框，在Distribution后的下拉式菜单中选择User－defined（图9.19），并选择U2前的复选框，点击按钮，点击Boundary Condition Manager对话框中按钮，完成位移载荷的施加。

提示：上图中位移载荷的施加是核心步骤。最容易出错的地方是忘记选择U2前的复选框，导致计算结果不正确。

要获得软土地基上路面结构中由于软基不均匀沉降引起的附加应力，必须首先获得软基表面的不均匀沉降，然后需编写用户子程序DISP，见下文中weiyi.for文件。

7）网格（Mesh）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择网格（Mesh）模块，并将环境栏上Object设为Part，将Part设为stress，即可为模型划分网格。

按照本书6.3.1节相同的方法，完成模型网格的划分。钮（

8）作业（Job）模块

在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中选择作业（Job）模块，创建并提交作业。

点击左侧工具区（Job Manager）按钮，弹出Job Manager对话框。点击按钮，在弹出的Rename Job对话框中输入softpave－stress，点击按钮；点击对话框右上角按钮，ABAQUS/CAE将在当前工作目录生成名为softpave－stress.inp的文件。

退出ABAQUS/CAE环境。

9）编辑inp文件

采用任何一种文本处理软件打开生成的softpave－stress.inp文件。

打开本章9.2中生成的softpave－grid.inp，复制其中＊End Assembly后材料AC20、ATB、CTB、GM和SMA的材料属性定义，粘贴并替换softpave－stress.inp相应的部分，保存文件。

10）编写用户子程序weiyi.for文件

用户子程序weiyi.for的内容如下：

SUBROUTINE DISP（U，KSTEP，KINC，TIME，NODE，NOEL，JDOF，COORDS）

C

INCLUDE′ABA＿PARAM.INC′

C

DIMENSION U（3），TIME（2），COORDS（3）

C

Parameter（PI＝3.1415926，L＝15.035，TWO＝2.0，DELTA＝0.07）

FACTOR＝PI/（TWO＊L）

U（1）＝－DELTA＊COS（FACTOR＊（COORDS（1）））

RETURN

END

参数L和DELTA分别表示路面的底面（即最下一层）宽度的一半、软基的不均匀沉降量，应该根据软基沉降的结果进行取值，如本节中L＝15.035，DELTA＝0.07。

11）运行inp文件和后处理

在ABAQUS Commander环境下运行：

abaqus job＝softpave－stress user＝weiyi int

用ABAQUS/Viewer打开softpave－stress.odb文件。

施加位移载荷前后的路面结构模型，如图9.20所示。并可知，路面结构层（CTB）底面最大S11为286.154kPa。

值得注意的是，本算例中计算路面结构中的附加应力时，位移载荷是一次性施加的，导致路面结构中产生的附加应力较大。在实际的路面结构沉降过程中，沉降是逐步完成的，路面结构中的附加应力可以部分消散，实际的附加应力值将小于上述计算值。

图9.20　施加位移载荷前后的路面结构模型