问题描述:
在SAFE中如何模拟桩基?其建模的具体操作流程是怎样的?
解答:
在SAFE中模拟桩基的核心思路包括:使用刚域处理承台—柱—桩之间的连接关系;使用点弹簧模拟桩对基础的作用;在设计阶段注意承台的冲切校核,必要时手动调整冲切周长。
具体操作步骤如下:
1)定义承台与刚域属性
通过【定义>截面属性>楼板截面】命令,定义承台和刚域的截面属性,如图1所示。其中,承台类型可选择“Mat”或“Footing”,二者的单元类型相同(均为壳单元),分析结果一致,仅在各国规范下的最小配筋率有所不同。刚域类型选择“Stiff”,其厚度应与承台保持一致。
图1 定义承台和刚域的截面属性
2)定义点弹簧属性
通过【定义>弹簧属性>点弹簧】命令,定义点弹簧属性,如图2所示。对于端承桩,弹簧的竖向刚度设置为单桩的实际刚度。其余自由度的刚度值可根据工程实际情况设定。
图2 定义点弹簧属性
3)绘制承台、刚域及桩点
在绘制基础前,通常需先导入上部结构柱底节点。对于圆形或矩形的承台和刚域,可通过【绘制>绘制楼板/墙>快速绘制圆形或矩形面】命令绘制;不规则形状的承台,可通过【导入>建筑平面文件】命令导入闭合多段线进行临摹。桩点可通过【绘制>绘制节点】命令绘制;或通过【导入>楼板平面文件】命令导入CAD中的点元素。
绘制顺序建议如下:
① 在柱位置绘制承台和刚域,刚域尺寸取柱截面尺寸。
② 在桩位置绘制节点,可创建轴网用于定位,或者输入偏移距离。
③ 在桩位置绘制刚域,其尺寸取桩的实际尺寸或换算方桩尺寸。
4)设置地基属性
① 选择桩节点,通过【指定>节点>弹簧】命令,为其指定相应的点弹簧属性。
② 在承台角点设置水平固定约束(【指定>节点>支座】)或者水平弹性约束。
图3展示了桩基模型的平面视图与拉伸视图,其中桩节点已指定点弹簧属性。
图3 桩基模型
5)设置剖分选项
选择柱节点和桩节点,通过【指定>节点>楼板剖分选项】命令,将孤立节点包含到承台的剖分网格中,如图4所示。注意:程序默认不会基于未从属于构件的节点对板进行剖分,因此需手动设置。

图4 节点的板剖分选项
6)冲切校核与手动调整
SAFE默认识别点弹簧节点作为桩冲切承台的点,但点弹簧尺寸为零。因此,需在设计完成后,选择桩节点,通过【设计>混凝土板/梁设计>查看/修改板冲切抗剪校核覆盖项】命令手动设置冲切周长。设置方式如下:
① 若桩为矩形且冲切周长在承台范围内,选择“Specified Support/Load Size”,输入桩的实际尺寸或等效方桩尺寸;
② 若桩为圆形和(或)冲切周长超出承台范围,选择“Specified Perimeter”,通过点坐标、点半径和空段设置绘制冲切周长,如图5所示为圆形角桩冲切周长的设置示例。
关于桩冲切的更多问题,建议参考工程案例解析《桩基承台受冲切计算结果异常》。

图5 圆形角桩冲切周长的设置