水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于 Penzien 提出的集中质量法,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串,以弹簧和阻尼器模拟周围土体,建立土-桩-结构动力相互作用的分析模型,给出相互作用参数的确定方法,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应.运用此模型对某180m 混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致,但考虑桩-土-上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长,变形增大,剪力和弯矩相应减小.桩-土-上部结构相互作用增加了结构的柔性,改善了结构的抗震性能.     

结构-地下室-桩-土相互作用的地震反应分析

本文分析了地震作用下结构-地下室-桩-土相互作用体系的地震反应。计算时先将体系分为四个区域,即:桩土体系、两侧土区及上部结构,各个区域分别采用用样条有限元法和半解析无限元法进行分析,再按力的平衡与位移协调条件将各个区域联系成一整体。结果表明,考虑上部结构-地下室-桩-土体的动力相互作用后,由于地基的柔性影响,上部结构加速度、层间位移等反应都有了不同程度的降低,这是对结构有利的。     

结构-地下室-桩-土相互作用的地震反应分析

本文分析了地震作用下结构-地下室-桩-土相互作用体系的地震反应.计算时先将体系分为四个区域,即：桩土体系、两侧土区及上部结构,各个区域分别采用用样条有限元法和半解析无限元法进行分析,再按力的平衡与位移协调条件将各个区域联系成一整体.结果表明,考虑上部结构-地下室-桩-土体的动力相互作用后,由于地基的柔性影响,上部结构加速度、层间位移等反应都有了不同程度的降低,这是对结构有利的.     

波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应

利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形,采用Morison方程计算波浪力,并对结构水平方向输入El-Centro波进行模拟,根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究,研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化,并与地震单独作用下的结构动响应进行了对比分析。分析结果表明,在波浪和地震共同作用下,前排桩所受弯矩最大,同时,桩顶的受力最危险;桩顶轴力分布表现出角桩最大、中间桩最小的分布特征。当波浪力和地震力方向一致时,桩顶位移增大,桩身弯矩和桩顶剪力也随之增加;反之,当波浪力和地震力方向相反时,则桩顶位移减小,桩身弯矩和桩顶剪力也随之减小。     

隧道对临近建筑物的地震反应影响分析

为了研究隧道对成层软土地基上不同基础形式建筑物地震反应的影响,构建了结构-基础-土-隧道体系动力相互作用的非线性完全有限元计算模型,在考虑土体重力的前提下,对筏片基础、桩筏基础相互作用体系进行了时域内数值分析。计算结果表明,当隧道紧靠建筑物时,筏基-结构相互作用体系的基础和结构顶层水平位移均发生了向无隧道一侧的偏移,而桩筏基础-结构相互作用体系的基础和结构顶层水平位移均未发生偏移。隧道在建筑物正下方时框架各对应柱的剪力峰值均最大,隧道紧靠建筑物时次之,隧道距建筑物10 m和无隧道时框架柱剪力几乎相等,并且最小。隧道距建筑物10 m时,其对两种基础形式的建筑物地震反应几乎无影响。     

非饱和黄土场地桩-土动力相互作用试验研究

为了研究非饱和黄土场地桩-土动力相互作用，利用土工离心机振动台进行桩-土动力模型试验.获得桩身弯矩、桩侧土抗力、桩-土相对位移及动力p-y曲线，分析加速度幅值、桩基埋深对动力p-y曲线的影响.基于非线性文克尔地基梁模型，建立考虑远场阻尼效应、桩-土间隙效应的非线性动力p-y单元，通过有限元分析结果和该试验记录对动力p-y单元的有效性进行验证.结果表明，随着加速度幅值的增加，桩-土体系的耗能增强，土体刚度逐渐退化；桩侧土抗力与桩-土相对位移之间存在滞后性；采用建立的动力p-y单元，能够相对真实地模拟非饱和黄土场地的桩-土动力响应.     

土—结构相互作用体系的非线性随机地震反应

对土—结构相互作用体系的非线性进行随机分析,将地震地面运动模拟为零均值平稳高斯过程,建立了土—结构相互作用体系的运动方程.考虑多层剪切型钢筋混凝土框架结构非线性和地基土的非线性以及基础埋深对相互作用的体系反应的影响,把地基土的作用转化为作用在基础边界上的弹簧-阻尼器.算例表明:地基土的非线性特性所造成的层间错动比上部结构非线性特性所造成的层间错动大,也就是说,考虑地基土非线性特性比仅考虑上部结构非线性特性结构体系的破坏更严重.     

土-桩-框架结构动力相互作用非线性有限元模拟

目的 用有限元方法研究土-桩-框架结构动力相互作用动力反应效应.方法 以AN-SYS程序为工具和平台,选用符合实际工作机理的Davidenkov地基模型并定义其参数,利用ANSYS的重启动分析方法、采用APDL参数设计语言编制程序来实现对土体材料的非线性及动力本构模型的模拟;同时利用ANSYS中Combin14单元模拟黏弹性边界,以此建立人工边界来模拟辐射阻尼效应;并提出集成阻尼矩阵的方法,解决结构和地基土阻尼不同而导致的阻尼耦合的问题.结果 通过算例对土-桩-框架结构进行ANSYS分析,考虑土的非线性、接触边界非线性以及阻尼的耦合问题,研究了不同性质地基土的非线性以及不同上部结构对整个体系动力特性的影响.并与已有实验研究结果进行对比分析.结论 结果表明提出的有限元方法能很好的模拟整个相互作用体系的非线性效应,为工程实践与设计提供重要的理论依据.     

考虑桩-土接触面及桩底土非线性的单桩Q-s曲线分析

假定桩周围的土体为半空间无限体,桩由一系列受压单元组成,在桩土之间有一层无限薄的非线性接触面,传递桩土之间的剪力。认为接触面的剪切位移之间的关系是非线性的。此外,还考虑了桩底土反力的非线性,认为桩底反力与位移之间的关系亦为非线性。根据体系中结点力的平衡条件,建立了求解方程,并给出了两个算例,表明了本分析算法的适用性。     

软土-桩-结构动力相互作用振动台模型试验研究

目的 分析探讨软土-桩-结构动力相互作用的机理．方法 通过软土-桩-结构相互作用体系和刚性地基上建筑结构两个振动台模型试验，研究了相互作用对结构的动力特性和地震反应的影响．结果 通过振动台试验得到了软土-桩-结构相互作用体系和刚性地基上结构体系的自振周期、阻尼比、加速度反应和位移反应曲线等．结论 结果表明，软土-桩-结构动力相互作用对结构的动力特性和地震反应有较大的影响：建筑结构自振频率减小，阻尼增大：在地震作用下，考虑相互作用的结构加速度、位移较基础固定的结构大．     

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。     

桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响分析

为研究桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响,本文以实际工程为背景,建立全桥三维模型,根据现有经典理论计算背景工程的最大冲刷深度,将土对桩基的作用等效为土弹簧,采用“m”法计算冲刷线以下的桩-土相互作用刚度,从而得到不同冲刷深度下的全桥分析模型。通过对结构进行动力特性分析及地震响应时程分析,对比研究了不同桩基冲刷深度对大跨斜拉桥抗震性能的影响。研究表明:冲刷使得桥梁结构整体变柔,自振周期变长;冲刷深度越大,桩基在地震作用下的位移响应也越大;冲刷深度对桩基剪力的影响与桩长有关,桩基越长,剪力变化趋势越复杂;IDA分析显示,冲刷对桥梁的不利影响随地震动强度的增大而增大;结果表明桩基的局部冲刷会进一步加剧桥梁在地震作用下的危险性,冲刷问题在抗震设计中应予重视。     

桩-土-结构相互作用研究综述及展望

鉴于桩-土-结构相互作用对结构物的动力特性及地震响应的影响,对国内外桩-土-结构相互作用研究历史和现状进行了总结。介绍了国内外桩-土-结构相互作用的四大类研究方法：震害调查、数值方法、理论分析方法和试验方法,并分析了各优缺点及存在的主要问题。最后指出接触面本构模型的完善、计算方法的改进、数值分析与试验相结合、震害调查和原型观测资料的收集、空间分析模型研究是桩-土-结构相互作用问题研究的发展方向。     

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.     

考虑桩土共同作用的桩基沉降分析

目前桩基在工程中得到广泛应用,人们逐渐认识到桩筏基础控制的关键是变形而不是强度.结合上海土层情况,运用有限元软件ANSYS建立群桩-土-上部结构三维有限元非线性模型,土体本构模型采用Drucker-Prager弹塑性模型,并利用面-面接触单元考虑土体与桩基交界面的状态非线性,合理地模拟了桩与桩周土间复杂的相互作用,对群桩沉降做了定性分析。     

强震区近断层桥梁桩基础时程响应振动台试验

为进一步探明强震区近断层桥梁桩基动力时程响应规律,采用1g振动台模型试验,开展相同强度不同类型地震波作用下,近断层桥梁桩基加速度动力时程响应、桩顶相对位移动力时程响应、桩身弯矩动力时程响应及桩基损伤分析。结果表明：近断层桥梁桩基础的动力响应特征比无断层桩基更为明显,相比于非断层场地桥梁桩基础,近断层桥梁桩基加速度峰值、桩顶相对位移及桩身弯矩均较大。受发震断层及断层破碎带散体材料特性等因素的影响,改变了桩周土体半无限体性质,近断层桩基础桩顶加速度峰值出现时刻较为滞后,桩底加速度时程响应曲线规律与输入地震动更为接近,而桩顶加速度时程曲线振幅远大于桩底,且峰值出现时刻明显滞后于桩底和输入地震波；近断层桩基础桩顶加速度及相对位移时程响应在10s左右振幅较大,位移响应在30s作用开始衰减,此时段内桩基础动力响应特征最为明显；近断层桩基础桩身弯矩最大值均未超过其抗弯极限承载能力,且有20.36%~28.41%的抗弯承载能力富余；近断层桩基础基频没有发生变化,表明满足抗震设防烈度Ⅷ度的要求。综上所述,近断层桥梁桩基础抗震设计时,应考虑地震波频谱特性的差异对结构产生的影响,重点关注动力时程响应变化规律,根据多种类型地震波对近断层桥梁桩基础进行抗震分析与验算。     

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.     

高层建筑土-结构相互作用地震反应分析方法及应用

将土与结构作为一个整体,采用平面土-结构相互作用模型,提出了高层建筑土-结构相互作用地震反应分析方法.上部结构采用平面框架-剪力墙(筒体)协同工作模型;地基以高度为H、宽度为B、厚度为t的土体来模拟;土体在静力分析时采用Duncan-Chang模型,动力分析时采用等效线性化模型;基础根据其形式及刚度,分别以梁单元、刚块单元或受弯板单元来模拟.从2个场地覆盖土层较厚的高层建筑为算例,阐明了土-结构相互作用对高层建筑地震反应的影响及该方法的适用性.     

考虑土抗力的掏挖基础数值模拟及回归分析

随着送电线路工程大量采用掏挖基础及人工挖孔桩基础,原状土基础研究也越来越深入.《架空送电线路基础设计技术规定》对同样深度的掏挖基础和挖孔桩基础设计原则规定有很大的不同.因此,需要通过对掏挖基础与周围土体的耦合数值计算,探讨原状土基础的受力机理及土体抗力分布,从而更直观地反映掏挖基础与土体的相互作用.利用ANSYS平台建立参数化数值模型,得到相同地质条件不同柱长基础在考虑土抗力时的结果.对该类结果进行数学统计分析,并对不同的受力机制进行比较,总结得出露头、柱长和土抗力的关系,获得较为准确的基础受力分析数据,为规范的制定和实际工程设计提供依据.