黏弹性地基中楔形桩水平振动特性研究

为完善楔形桩的水平振动理论以便更好地使用,基于Timoshenko梁模型,研究黏弹性地基中水平简谐激振力作用下的楔形桩水平振动问题。首先,分别采用Winkler地基模型和Timoshenko梁模型模拟黏弹性地基和楔形桩,建立楔形桩-土系统横向耦合振动模型。进一步采用分离变量法和传递矩阵法推导得到楔形桩桩身水平位移、弯矩和剪力的解析表达式,并基于所得解详细讨论桩土设计参数对楔形桩空间响应和时间响应的影响。最后,将本文解与Euler梁模型的解进行比较,分析两种模型解的差异。结果表明:桩顶部的动力响应受楔角改变的影响很小;整个桩体的动力响应基本随桩土刚度比的增大而明显增大;随着无量纲频率的增大,桩身水平位移逐渐减小;虽然Timoshenko梁模型与Euler梁模型在小长径比下存在一定差异,楔角对两种模型造成的影响基本相同。     

轴、横向荷载下基于局部彼得罗夫-伽辽金法的超长桩受力分析

轴、横向荷载下,桩与土的相互作用为一个三维空间问题.笔者通过综合分析,采用无网格局部彼得罗夫-伽辽金法(MLPG),并计入桩顶P-Δ效应对桩身内力的影响,提出了层状地基中轴、横向荷载下桥梁基桩的受力分析方法.计算表明:该方法可应用于超长桩大变形、材料不连续性等问题的分析,在分析中考虑了层状地基及P-Δ效应,紧贴实际应用,且具有较高的计算精度.     

隧道开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法

隧道开挖过程中必然引起周围土体的侧向移动,从而使邻近桩基产生水平变形和附加弯矩。目前有限元数值模拟法建模与计算过程较为繁琐,为了解决隧道开挖下桩土相互作用问题,基于Winkler地基模型,采用两阶段分析方法,建立了隧道开挖条件下被动桩受力分析模型,推导出桩土相互作用控制方程,并基于有限差分思想给出近似解的形式。最后结合工程实例表明,该近似解与现场监测数据较为吻合,能够有效地分析隧道开挖对邻近桩基的影响。     

墩高对连续梁桥抗震性能的影响

以南水北调中线工程中某预应力混凝土连续梁桥为例,采用有限元程序MIDAS建立了考虑和不考虑桩土作用的两种有限元计算模型,选取5,10,15,20,25 m等5个墩身高度,采用反应谱分析法,分析在顺桥向及横桥向地震输入下不同墩身高度对结构的自振周期、制动墩和非制动墩的墩顶位移、墩底内力、墩顶内力的影响规律,以及桩土作用效应随墩身高度的变化规律,可为同类桥梁结构的抗震设计提供理论依据.     

大型预应力梁式渡槽动力特性分析

渡槽结构的动力特性分析是渡槽结构地震响应分析及抗震设计的基础.采用有限元分析软件ANSYS对滏阳河渡槽进行动力特性分析,水体和槽壁之间的相互作用采用附加质量法来处理,计算分析矩形渡槽在不同水深时的自振频率和主振型.计算结果表明:水体对渡槽结构主振型的影响可以忽略不计,但是对渡槽结构自振频率的影响很大;渡槽的频率随水深的加深而减小.研究结果可以为滏阳河渡槽的抗震设计及其防护提供依据.     

有无侧向约束夯实水泥土桩复合地基数值模拟

基于长桩侧向约束作用,利用大型有限元软件ADINA,对柔性基础下夯实水泥土楔形桩及夯实水泥土圆柱形桩复合地基进行了数值模拟,得到了在各级荷载作用下的桩土平均沉降差及桩土应力比,并与无侧向约束条件时进行了对比。结果表明,在侧向约束条件下,与圆柱形桩复合地基相比,楔形桩复合地基能减少桩土沉降差,降低桩土应力比,从而改善复合地基的工作性状,为工程应用提供有益的参考。     

M法及非线性法在桩基础抗震设计中的对比研究

我国桥梁桩基础设计常采用M法,在桩基础产生小位移的情况下,M法的计算结果较为准确,然而,当桩基础产生大位移时,尤其是地震作用下,其计算结果将产生较大误差.采用日本规范中计算土弹簧刚度的方法考虑地震作用下土体对桩基础的作用,对桥墩进行Pushover分析,并将计算结果与M法的计算结果进行比较,结果表明考虑土体的非线性作用时计算得到的墩顶位移将明显大于M法的计算结果,同时,采用日本提出的抗震指标对桥梁的抗震性能进行了评价.     

桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区长度的影响

采用弹塑性纤维单元模型对某连续梁桥桥墩及桩基进行了考虑桩一土动力相互作用的非线性地震反应分析,分析了不同类型地震波作用下桥墩及桩基的动力响应,重点研究了不同桩墩配筋率比对结构塑性区开展程度及动力响应的影响。结果表明：随着桩墩配筋率比的改变,桥墩和桩基的反应塑性率呈现出不同的变化趋势,桩墩配筋率比的大小对桥梁结构的塑性区开展有显著影响;桥墩的配筋率大小不仅对桥墩塑性区开展有显著影响,而且对桩基的影响较大;不同类型的地震波对群桩基础桥墩结构的动力响应影响不同,长周期地震波对结构的影响最大,内陆直下型地震波次之,板块边界型地震波最小。     

基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

为科学合理地分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁的自振特性,综合考虑剪切效应和剪力滞效应,运用Galerkin法和Hamilton原理推导了该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件,求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下波形腹板钢箱-混凝土组合梁竖向弯曲振动频率的计算公式,将其计算结果与实桥的实测结果、模型试验结果及ANSYS三维有限元结果进行了对比,并对竖向弯曲振动频率的影响因素和基频进行了分析。结果表明：竖向弯曲振动频率计算公式的结果与实桥的实测结果、模型试验的实测结果、ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所推导的频率计算公式的正确性;竖向弯曲振动频率随高跨比的增大而增大,当高跨比小于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为平缓,当高跨比大于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为显著;竖向弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大,但整体增幅不明显;竖向弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而不断增大,阶数越高,增幅越显著;箱梁剪力滞对竖向弯曲振动频率影响很小,前5阶最大误差仅为6.73%,波形钢腹板剪切变形对竖向弯曲振动频率影响较大,前5阶最大误差已高达51.18%。     

桩-土系统在波浪荷载下的动力响应分析

通过展开波浪对桩散射问题的特征函数的方法研究了波浪荷载作用下桩-土体-水流系统的动力响应问题.采用动力Winkler弹性地基梁模型模拟桩土动力的相互作用，通过求解满足柱面非齐次边界条件的Laplace方程，直接构造波浪对柔性桩的散射速度势，考虑了流体和桩体的相互作用，由解析法给出了埋置圆桩在波浪荷载下的动力响应.研究和分析了在波浪力作用下泥面冲刷深度、土参数、波浪入射频率对桩身内力、桩身振动响应的影响.在波浪荷载作用下，与先计算柔性悬臂端波浪力再考虑桩土间相互作用的情况相比，当考虑桩土耦合振动时，桩的水平振动的振幅减小，基频降低.     

薄壁结构的动力有限元法分析

以能量变分原理为基础,考虑了剪力滞后效应、剪切变形和转动惯量的影响,通过应用一维离散有限元法建立了薄壁箱型梁结构在弯扭耦合作用的计算动力模型.得到结构的自振频率与ANSYS计算模型的结果进行了比较,两者吻合良好.充分说明了一维离散有限元法离散数目少,计算精度高,工作量低的优点,所得结论对薄壁箱梁的动力分析具有较好的参考价值.     

惯性往复振动机械支承刚度和偏重参数的设计

建立惯性往复振动机械的力学模型和动力学方程,采用频率响应法求动力学方程的稳态解;通过激振频率和系统质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及频率比与隔振系数和偏重参数的关系分析,提出该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在系统重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出支承刚度和偏重参数设计的理论依据和方法,并通过算例进一步阐述设计方法的应用.     

薄壁高桥墩两个工作性能指标的计算与分析

推导出薄壁高桥墩自振频率的计算公式，并将该公式计算结果与有限单元法计算值进行了分析与比较。在用瑞利里兹法和有限元法计算墩顶水平位移的同时，对由竖向荷载作用所产生的几何非线性对墩顶水平位移的影响作了初步分析。     

高速旋转弹性结构动频分析

本文采用有限元法，针对大变形，提出了一般旋转弹性体动频分析理论和计算公式，并以等厚度薄板为模型进行了动频计算。     

考虑土与结构相互作用对结构自振特性的影响

为了研究土与结构相互作用效应对结构自振特性的影响,建立土-并联基础隔震体系计算模型,并基于有限元单元法理论的原理,采用ABAQUS软件建立不同地基条件下的普通结构和并联基础隔震结构,探讨结构的自振频率和自振周期的变化规律。结果表明:总体上土与结构相互作用对并联基础隔震结构自振特性的影响远小于普通结构,场地土条件越软弱影响的程度也越大。     

软基煤场堆载挡风墙桩基桩土共同作用分析

为了分析在大面积堆载情况下临近桩基对土体位移变形产生的影响,结合北仑电厂堆载预压工程,对桩基与土体的相互作用进行三维有限元建模分析.在充分考虑桩基对土体变形所起的约束作用的基础上,通过数值模拟分析得出：在堆载作用下,有桩时比无桩时土体沉降减少|桩周地表在一定范围内土体侧向变形加大.通过桩身弯矩与桩内钢筋的应力计算,验证了软基上煤场堆煤后挡风墙桩基的安全性,并得出了估算存在承台条件下的桩身最大弯矩的经验公式.将所得的计算结果与现场实测数据进行了比较,表明两者有较好的一致性,研究结果可用于指导有关的设计和施工.     

单自由度简谐振动机械弹性支承刚度和激振力的设计

采用传递函数法求解单自由度简谐振动机械的动力学方程,得到振动体位移与激振力的关系,通过激振力频率和振动体质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及隔振系数与频率比关系的分析,提出了该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在振动体重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出了弹性支承刚度的设计依据和激振力幅值的计算公式,为单自由度简谐振动机械的设计提供了系统的理论和方法,并通过算例进一步阐述了该设计方法的应用.     

利用双参数地基模型修正反应位移法弹簧

为得到一种模型简单、计算精度高,且能更好反映土-结构相互作用的地下结构抗震设计方法,根据双参数地基模型的原理,用比传统单参数模型更加接近土体性质的双参数模型简化土体,并根据受力和变形特性对双参数计算模型进行简化,最终得到能考虑土体间相互作用的修正反应位移法.修正方法计算模型与传统反应位移法相比,仅仅是法向弹簧的基床系数进行了一定的修正,仍然是一种模型简单的计算方法.建立数值模型进行分析,以动力时程计算结果为基准,并与传统反应位移法作对比验证修正方法的正确性.结果表明,相比传统采用离散弹簧模拟土体的反应位移法,修正方法的内力及变形误差能减小一半左右,由此得到修正方法是一种模型简单且计算精度较高的设计方法,能够应用到地下结构抗震设计中.     

能量有限元法在船舶结构中的应用

为了解决舰船结构的振动噪声预报及其控制问题,以能量密度为变量,获得了薄板结构受激励产生弯曲振动时的能量密度控制方程,并得到了控制方程的有限元解.用该方法对简单的薄板结构进行了验证计算,并对一舰船的基座结构进行了计算分析.由基座结构的能量密度随频率的变化规律得知,在高频范围内,能量比值随频率增加而缓慢减小.改变基座结构的板厚及阻尼系数值,可以使结构的能量密度值明显降低.计算结果表明,由能量有限元法得到的结构中能量密度的比值与实验结果吻合较好,从而验证了本文所用的能量有限元法是一种有效可靠的分析高频振动噪声问题的方法.     

基于桩土共同作用下的注浆微型桩设计计算

将桩土复合体视为一个整体,简化为连续中厚档板,滑动面以上为弹性板,滑动面以下为刚性板,利用等效刚度原则求到桩土复合体的等效刚度,采用滑动面处位移相等原则,保证桩身在滑动面处的内力和变形位移的连续性以及反应土体的连续性,使计算结果更符合微型桩群的实际受力情况。板的计算参数取用岩土体计算参数,进而计算出桩体的变形位移及内力。通过实例求解得到桩土复合体的位移及内力图,与数值计算方法和悬臂桩法计算所得变形位移及内力图变化趋势相同,且变形位移和内力的计算结果偏大,为桩土破坏提供了一定的安全储备空间。