【摘要】运用MIDAS GTS有限元软件对倾斜桩的力学性能进行建模分析：对水平荷载作用下单桩桩顶水平位移进行研究，得出负斜桩的承载能力最大，直桩其次，正斜桩最小；对竖向荷载作用下倾斜桩桩顶沉降进行分析计算，得出桩身倾斜角度小于8°时，桩顶的竖向沉降的差别并不大，最优倾斜角约为8°。
【关键词】斜桩；水平荷载；竖向荷载；有限元数值模拟
1、引言
桩基作为一种传统、古老的基础形式，从木桩发展到混凝土桩，已广泛应用于桥梁、高层建筑和码头。在输电线地基[1]，以及桥梁和码头中，为了增加抵御水平荷载的能力，往往采用斜桩形式[2]。对于斜桩基础的研究[3-6]，通过试验研究和理论分析，得到一些结论。1866年Culman首次提出了如何将竖直桩和斜桩基础分析理论相结合的方法，其假设：各个单桩的力共面并相交于一点，桩顶固接且只有轴力作用于桩上。1953年Tschebotarfoff提出了更加合理的计算理论。他根据桩体受水平力的方向将斜桩分为正斜桩和负斜桩，负斜桩的水平荷载承载能力大于正斜桩。1997年赵明华[7-8]等人首次在对倾斜荷载作用下竖直桩的工程性状研究中采用了m法，由边界条件得出桩身位移、弯矩、转角等解析解，并由模型试验的方式对其进行校验。2004年吕凡仁[9]等人对任意倾角斜桩在承受任意平面荷载作用下的工作性状进行研究，提出了弹性分析理论法，该方法能够有效分析斜桩或有斜桩的群桩基础。
2、有限元模型建立
有限元分析中桩采用线弹性模型，土体本构关系采用Mohr-Coulomb模型，其表达式为：
（1）
其中 是材料内摩擦角， 是材料的粘聚力 控制了屈服面在 平面的形状.
1）计算模型
选取桩与土的相关参数，使用midas GTS通用有限元软件建立有限元分析模型，模型采用GTS三维实体单元进行模拟，桩与土之间采用接触单元，桩周围网格加密以加强计算精度。
2）模型范围
桩长10m，桩径1m，入土深度为10m，土体的模型大小在X、Y、Z方向的长度分别为桩的10倍、2倍、10倍。有限元分析模型如图1所示。
Fig.1 GTS numerical analysis model
3）边界条件
模型四周及底部施加固定约束，模型上部为自由面，荷载主要考虑自重以及桩顶荷载
4）计算参数
3、数值模拟结果分析
结 论
从数值模拟和数值分析的结果可以得出以下结论：
1）在桩承受水平荷载时，桩顶水平位移，负斜桩最小，直桩其次，正斜桩最大。
2）在桩承受竖向荷载时，桩身倾角小于8°，对桩顶的沉降没有明显的影响。
3）倾斜桩的最优倾斜角度是8°，当倾斜角超过20°，桩的竖向承载能力已经减小很多。
4）桩顶水平位移随土内摩擦角的增大而增大。
参考文献
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[3] 杨剑，高玉峰，程永锋，鲁先龙.受侧向土体位移斜桩的特性[J].防灾减灾工程学报，2008（4）：507-509.
[4] 云天铨.线载荷积分方程法分析桩顶受任意荷载的弹性斜桩[J].应用数学和力学，1999，20（4）：351一357.
[5] 云天铨.刚性斜桩顶部受任意力的位移的线载荷积分方程法的分析[J]，应用力学学报，1992，9（4）：114-123.
[6] 刘杰伟，王兴斌，潘健，等.桩群中设置斜桩对其工作性质影响的研究[J].昆明理工大学学报（理工版）， 2008，33（1）： 56-59.
[7] 赵明华，胡志清.预估试桩极限承载力的调整双曲线法[J].建筑结构，1995，N0.3：47一52.
[8] 赵明华.倾斜荷载下基桩的受力研究[博士学位论文[D].长沙：湖南大学，2001.
[9] 吕凡仁，陈云敏等.任意倾角斜桩承受任意平面荷载的弹性分析[J].浙江大学学报（工学版），2004，38（2）：190-194.