地震和波浪力共同作用下桥墩的动力响应研究

波浪力作用采用非线性的Morison方程,而桥墩按剪切模型进行离散,建立了桥墩在地震和波浪力共同作用下的非线性动力方程,并采用时程迭代法计算分析,发现不考虑流固耦合时桥墩的动力响应计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果。因此,在地震、波浪力共同作用下,考虑流固耦合更符合实际情况。     

复杂荷载下高承台框剪结构性能数值分析

高承台支撑框剪结构以其适应性强而广泛应用于海上建筑体系中,其上部结构与高桩承台基础构成结构整体,在复杂的地震和波浪力共同作用下协同工作.鉴于海上高承台支撑框-剪结构在复杂荷载下的理论分析和数值仿真研究尚少,本文利用ANSYS有限元软件对高桩承台-土-上部结构进行数值仿真分析,给出波浪力表达式,建立了三维有限元模型,通过分析获得不同荷载组合作用下桩基础及承台整体的变形与受力,对变形、桩顶弯矩、轴力进行了验算,验证了该体系的可行性,为海上建筑物的合理设计提供可靠的依据和借鉴.     

承台对群桩-承台结构水动力特性的影响研究

以往对海上结构物下部结构水动力特性的研究,大多仅针对群桩结构进行分析。对于跨海桥梁而言,实际情况是群桩-承台结构受到波浪力荷载的作用,因此对群桩-承台结构在波浪作用下的水动力特性进行系统研究十分必要。文章首先运用数值模拟的方法分析群桩结构的水动力特性,计算结果与相同工况下的实测数据高度吻合,充分证明所采用数值模拟方法是可靠的。其后通过建立群桩-承台结构三维数值波浪水槽,研究承台结构对桩柱群桩效应的影响,绘出了群桩在横向并列和纵向串列两种布置形式下群桩-承台结构的群桩效应系数KG随KC数的变化曲线,并通过改变承台淹没系数以进一步研究其对群桩-承台结构的水动力特性的影响。     

框架结构-桩筏基础-地基共同作用的剪力和位移分析

利用有限元软件ANSYS 10.0建立传统模型和框架结构-桩筏基础-地基的共同作用模型。采用时程分析法,在一定条件下对地震作用下的传统模型和上部结构-地基-基础的共同作用进行数值模拟分析。结果表明,对两种不同模型进行地震作用下的时程分析比较,增大筏板厚度和地基刚度,共同作用模型的结构最大层剪力和最大层位移都有所减小。     

巨型柱框架-核心筒结构三向地震作用反应分析

现有超高层建筑中较多采用一种带伸臂桁架的巨型柱框架-核心筒结构形式。为研究其竖向地震作用反应,以巨型柱框架-核心筒结构为研究对象,在分析结构自振特性的基础上,通过反应谱分析和时程分析,研究该结构在水平地震作用下和水平与竖向地震共同作用下的反应。结果表明:与仅有水平地震作用相比,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架的轴力均增大,且增幅随结构高度的增加而增大;竖向地震作用对基底剪力和楼层侧移的影响不明显,对梁的跨中弯矩影响显著,在楼层较高的区域,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架轴力分别增大了10.0%、29.6%和12.4%。     

框架结构-桩筏基础-地基共同作用时程分析

利用有限元软件ANSYS 10.0建立传统模型和框架结构-桩筏基础-地基的共同作用模型。采用时程分析法,在一定条件下对地震作用下的传统模型和共同作用模型进行数值模拟分析。结果表明,共同作用模型的最大层位移有所增大,但层间位移有所减小,说明在一定情况下考虑共同作用对结构整体上是有利的。     

考虑波浪作用下的深水桥墩地震响应分析

跨海深水桥梁会受到地震和波浪的共同作用,研究地震和波浪共同作用下的深水桥梁动力响应问题具有非常重要的意义,并且该问题一直没有得到很好解决。本文以某典型深水桥墩为例,研究波浪作用对深水桥墩地震响应的影响。首先建立了考虑波浪作用下的深水桥墩地震响应分析方法,然后针对仅地震作用、仅波浪作用、同时考虑波浪作用下的地震作用3种情况对该桥墩进行动力响应分析。分析结果表明,动水压力增大了深水桥墩的地震响应,其影响程度与输入地震波的频谱特性有关;波浪响应值比地震响应值小;但考虑波浪作用前后的桥墩地震响应值变化较大,考虑地震作用下的深水桥墩地震响应不是两者独立作用下动力响应简单的叠加。     

框架-核心筒高层混合结构的三维空间弹塑性抗震分析

准确预测结构在强震作用下的非线性行为,对评估结构抗震设计的安全性具有重要意义。在总结了现有的结构弹塑性分析模型基础上,以通用有限元程序MSC.MARC为平台开发了一系列新的结构弹塑性分析模型。通过对试验的模拟,表明这些模型可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,能够较好地模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为。同时,借助通用有限元程序的前后处理功能和非线性计算功能,这些模型可以细致地模拟地震作用下整体结构的三维非线性地震响应。利用所开发的分析模型,对一个复杂框架-核心筒高层混合结构实际工程进行了弹塑性动力时程分析,较好的模拟了该工程结构在地震作用下的复杂抗震行为,并根据不同强度地震作用下的分析结果,说明该工程外框架与4个子筒组成的核心筒可组成有效的双重抗震结构体系,并具有连梁、子筒和外框架三道抗震防线,为工程抗震设计提供依据。     

基于梁单元的钢-混凝土混合结构非线性地震响应分析

钢桁架-钢筋混凝土管柱混合结构质量和刚度沿竖向分布不均匀。基于组合梁单元和合理计算参数的钢筋混凝土管柱模型,准确模拟荷载-位移关系,较好地解决了ANSYS在进行结构分析时模拟钢筋混凝土管柱的难点;对原型结构和试验结构进行模态分析和非线性地震响应分析,并结合抗震试验结果,分析动力性状,研究地震作用下A型架顶部和桁架处位移、桁架悬挑端竖向挠度、悬挑端下弦杆内力、A型架下部小柱轴力等动力响应问题。分析表明,有限元分析效果良好,第一阶振型为扭转,抗扭问题须重视;用组合梁单元模拟管柱,保证地震响应计算中位移输出的准确性,计算最大位移和试验一致,但计算峰值滞后;地震作用下A型架整体弯矩使桁架悬挑杆件内力变化剧烈,悬挑端挠度变化幅度增大,最外侧小柱轴力增大。根据分析结果,提出可供结构设计参考的建议。     

高层建筑上部结构-桩-土共同作用特性的分析与研究

为了全面认识上部结构 -桩 -土共同作用结构的受力机理以及地震作用下的受力行为及抗震性能 ,寻求高层建筑设计的合理性 ,对在共同作用下上部结构动力特性进行了分析。采用时程分析进行了上部结构共同作用的地震反应计算 ,利用解析法、差分法对上部结构及基础进行了共同作用与非共同作用下计算内力的比较 ,提出了在实际设计中高层结构应注意的问题 ,为上部结构设计提供理论依据。     

三排微型桩内力分布的数值模拟

该文将强度折减法与有限差分程序FLAC~(3D)相结合,对同一排内均匀布置且具有纵向联系梁的桩心配筋微型桩进行数值分析。在利用实体单元和理想弹塑性本构模型模拟桩体得出加桩边坡的稳定系数后,采用可以直接得到弯矩和剪力等内力的结构单元Pile对桩体进行模拟,Beam单元模拟连系梁,得到了三排微型桩在破坏前不同滑坡推力下的内力分布规律。桩体受最大弯矩与剪力均位于滑带处,滑坡推力较小时第一排桩所受弯矩和剪力最大,第二排其次,第三排最小;滑坡推力较大、接近破坏时最大弯矩分配为第一排最大,第三排其次,第二排最小,剪力为第一排和第三排较大,第二排最小。     

海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

重庆码头大直径深嵌岩短桩水平承载力试验研究

在码头建设过程中,由于山区场地条件的限制,大直径深嵌岩短桩在工程中得到了使用,但是在水平荷载作用下,相应的原位试验研究还比较缺乏。通过采用对顶法对重庆码头大直径深嵌岩短桩的水平承载特性进行测试,分析包括桩顶的荷载-位移曲线、水平位移分布规律以及桩身弯矩及剪力的分布情况。研究结果表明:大直径深嵌岩短桩水平荷载与位移关系基本呈直线分布,增加桩长对改善其水平受力性能较为有利;从桩土的侧向变形来看,变形主要发生在上部填土处,表层处土体的密实度及桩径大小对侧向变形影响较大;从桩身的内力分布来看,桩身弯矩在距离地表6 m处最大,最大剪力主要分布在地表附近。     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

地震波作用下桩-锚支护切方直立土坡的动力响应分析

桩-锚联合支护是边坡加固和治理工程中极为有效的支护形式。开展地震荷载作用下桩-锚支护土坡动力响应研究,对分析桩-锚支护土坡的抗震性能及在地震中的破坏机理,合理指导边坡支护抗震设计等方面都具有十分重要的意义。通过建立一个切方直立土坡概化模型,按常规设计参数建立桩-锚支护体系;通过数值分析获得边坡静力条件下应力-应变状态和...     

桩侧堆载作用下被动桩受力性状研究

桩周大面积堆载产生的土体变形不仅会引起桩身负摩阻力,也会使桩基承受较大的侧向荷载。文章应用三维有限元方法对桩侧堆载作用下的被动桩受力性状进行了分析,并研究了桩顶荷载对被动桩受力变形的影响。在桩侧堆载的作用下,桩身产生了较大的侧向位移与弯矩,同时出现负摩阻力和桩身轴力。桩身侧移和桩身轴力随着堆载距离的增加而减小,随着堆载量的增加而增大。桩侧堆载的被动桩在桩顶竖向荷载作用下会产生桩身二次弯矩,加剧桩身弯曲变形和内力。     

成层软土地区高层建筑PHC管桩抗震性能研究#br#

以天津成层软土地质条件下采用桩筏基础的高层建筑为背景,利用有限元方法建立上部结构-桩-土相互作用模型,对PHC管桩在地震荷载下的内力进行研究。研究表明,桩筏基础在地震荷载作用下,角桩将产生较大的内力,减少承台对管桩转动自由度的约束可有效改善其抗震性能。有地下室的结构在地震荷载下的桩顶内力将小于无地下室的结构,但其影响范围在桩顶以下10倍桩径范围内,此外,桩顶周围软弱土层的存在也会对桩顶内力产生较大影响,因此在进行设计时,应充分考虑地下室和桩顶周围软弱土层的综合作用,仅考虑地下室的影响可能会使管桩在地震荷载下处于不利的受力状态,改良桩顶周围土体的性质可明显降低地震荷载作用下的管桩顶部内力。     

复杂荷载及边界条件下基桩有限杆单元方法研究

基于传统有限杆单元法并假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,导得了具有简洁统一形式、计入P-Δ效应的杆单元刚度矩阵,由此得出成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向分散集中荷载综合作用下考虑桩身倾斜影响基桩内力位移分析的改进有限杆单元法。利用本文改进有限杆单元Matlab分析程序,结合某具体实例,对不同边界条件下基桩内力及位移进行了计算分析。结果表明:改进有限杆单元方法用于复杂荷载及各种边界条件下基桩计算分析是有效的,且桩顶边界条件对桩身内力位移影响显著,而桩端边界条件对桩身内力位移影响较小。     

透水管桩抗弯性能试验研究

透水管桩通过在桩身预留透水孔,联通土体,释放超静孔隙水压力,可加速沉桩过程桩周土的固结,有效减小沉桩挤土效应;但是,预留孔不可避免地会破坏桩身结构的完整性,为了探讨开孔对透水管桩抗弯抗裂性能的影响,开展了普通管桩与透水管桩的抗弯试验,记录了各桩的开裂弯矩、破坏弯矩以及不同弯矩作用下的桩身挠度与裂缝宽度,探讨了开孔对透水管桩抗弯抗裂性能的影响。研究表明,相对普通管桩,透水管桩跨中挠度更大,开裂弯矩降低,但仍满足规范要求;在相同弯矩作用下,透水管桩裂缝宽度小于普通管桩;在以相同裂缝宽度(1.5mm)作为极限状态判断标准的条件下,透水管桩的破坏弯矩大于普通管桩,透水管桩拥有优于普通管桩的抗弯性能。