考虑桩–土–结构动力相互作用的输电塔线体系简化抗震计算模型

提出了考虑桩–土–结构动力相互作用的输电塔线体系简化抗震计算模型。采用附加质量法对导线进行简化,用改进的集中质量模型来模拟输电塔下部结构,建立了桩–土–塔–线体系简化抗震计算模型。以一具体输电塔为例,在三种不同的场地条件下,分别采用本文的简化模型和文献[5]的整体模型对桩–土–塔–线体系在地震作用下的动力反应进行对比分析。结果表明,简化模型与整体模型的计算结果吻合较好,且可以大大提高计算效率,节省计算时间;在软弱、中硬场地,导线对塔体反应影响显著,不能忽略。有关研究成果可供工程设计参考。更多还原     

桩–土–桩相互作用影响的试验研究

通过大比例尺模型试验、工程实测结果与弹性理论解进行对比,指出弹性理论解夸大了桩–桩、桩–土、土–土相互作用影响,造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性和筏底地基土反力的不均匀性。据此,建议进行上部结构–基础–桩土共同作用的分析计算时,必须充分估计弹性理论解与真实值的差别,以工程实测和试验数据为基础对弹性理论解进行修正,方可获得较满意的计算结果。     

考虑土–桩–结构相互作用的PHC管桩抗震性能试验研究

 通过振动台模型试验,在考虑土–桩–结构相互作用的条件下研究PHC管桩的抗震性能。试验采用层状剪切土箱,装填黏土、粉土、砂土3种土体,分别安装单桩、三桩和六桩3个模型。对每个模型施加3种不同的地震波,5种不同的振动强度。结果表明：随着振动持续,各模型体系的自振频率降低,阻尼增大。随着震级增加,土–桩–结构间的相互作用影响加大,土体及土–桩–结构体系的非线性增强,且少桩体系的非线性性质要强于多桩体系。桩的数量和布置方式以及上部结构的变化均极大地影响着桩体应变和弯矩的大小及分布规律。三桩、六桩模型最大拉应变比单桩模型分别下降23%和66%,最大弯矩分别下降29%和70%,桩–土界面压力分别下降22%和32%。多桩体系的震动破坏程度也远弱于少桩体系。初步确定PHC管桩在高烈度地区的应用是可行的,值得进一步研究。     

罕遇地震作用下考虑接触效应的高层建筑上部结构–桩–土体相互作用的非线性分析

 为更好地研究和预测高层建筑结构在地震尤其是罕遇地震作用下的地震响应,选取经历汶川地震的四川绵竹高层建筑剑南春大酒店为研究对象,利用大型有限元软件ABAQUS建立上部结构–桩–土体三维实体模型,对比结构在刚性地基条件下与土地基条件下的自振特性及上部结构动力响应的区别,得出桩间土体和桩端土体对上部结构动力特性的影响规律,同时考察上部结构非线性、土体非线性和桩–土接触非线性对相互作用体系非线性反应的影响。动力弹塑性时程分析结果与已有震后调查资料对比表明,考虑相互作用效应的高层建筑上部结构抗倒塌能力比传统设计方法更符合实际。本文方法具有很强的实用性,结合大型有限元软件ABAQUS可以较准确分析计算高层建筑上部结构–桩–土体相互作用的强非线性问题,为工程实践提供重要的理论依据。     

桩–土–隔震结构相互作用地震响应分析

本文在Penzien模型的基础上,建立了隔震结构考虑桩土相互作用(SSI)的计算模型,推导了其运动方程,分析了桩土相互作用对隔震结构的影响,同时,对地震动自由场输入和桩端输入对隔震结构的影响进行了比较。分析结果表明桩土相互作用对隔震结构地震响应有一定影响,但其影响比非隔震结构小得多,因而,在一般的隔震结构设计中,可以不考虑SSI的影响。     

土–结构动力相互作用分析打桩引起相邻隧道振动

某集装箱码头打桩施工紧邻拟建的大直径越江隧道,桩身长度达到50 m,隧道直径约18 m。为了分析打桩对该隧道可能产生的振动影响,采用有限元模拟打桩引起的隧道振动。该问题的本质是桩–土–隧道三者组成的体系在冲击荷载下的整体动力响应。桩与土、土与隧道之间的力学关系是这类问题的重点和难点。这种力学关系实质上是动荷载作用下的动力接触关系。利用ANSYS的瞬态分析和接触单元,通过对动力参数和接触参数进行合理设置,在验证了某工程实例的基础上,对该问题进行了有效的数值模拟,从而分析出隧道在打桩冲击荷载下的振动规律,为确定打桩间距、打桩深度以及打桩能量等重要参数提供参考。     

考虑法向应力历史的黏土–混凝土界面弹塑性分析

 土与混凝土接触界面剪切力学特性研究对桩基础设计至关重要,非挤土桩施工过程中由于成孔卸荷或桩身混凝土凝结造成界面附近土体径向卸荷,径向荷载的变化势必改变桩土界面的荷载传递规律。通过大型结构剪切试验发现：法向应力的变化历史对黏土–混凝土接触面剪切变形特性和强度参数影响明显。为给钻孔灌注桩桩土接触界面数值模拟提供合理的剪切力学模型,以接触界面积累的能量为硬化参数,假定接触界面剪切过程为界面积累能量对外做功的过程,考虑法向应力历史对剪切刚度的影响,提出考虑法向应力历史的黏土–混凝土界面模型,并介绍各模型参数的确定方法。模型原理清晰,参数物理意义明确。通过大型直剪试验成果数据对界面模型进行验证。结果表明：提出的模型能准确地再现和预测不同法向应力历史条件下的黏土–混凝土接触界面的力学特性。     

地基阻抗力时域递归参数的计算方法及程序实现

基于笔者提出的考虑基础动力阻抗函数频率相关特性的地基阻抗力时域计算方法,对时域递归参数的拟合方法和所选系统稳定条件进行了研究,编制了阻抗力时域递归参数的计算程序。基于通用有限元软件和地基阻抗力时域差分形式,完成了考虑土–结构动力相互作用影响的结构时程分析程序二次开发。最后,通过数值算例验证了该方法的有效性,并初步讨论了土–结构相互作用系统动力响应分析中基础动力阻抗函数频率相关性的影响。     

桩径对桩-土-结构共同作用时的抗震性能的影响

根据上海某高层建筑地基基础结构数据建立软土地基上桩基础高层建筑平面动力有限元计算模型,以横观各向同性材料模拟软土地基,弹性阻尼人工边界模拟地基半无限体,薄膜单元模拟桩-土间接触滑移性能,并考虑桩-土-结构相互作用,采用上海地铁某车站地震监测数据作为地震波输入进行动力有限元计算。基于此计算模型,在其他条件不变的情况下选择各种桩基直径进行计算,根据计算结果分析讨论了在该模型条件下桩径选择对上部结构以及桩基础整体抗震性能的影响,提出了优化方案,进行总结并得出结论。     

长板–短桩工法处理高速公路软土地基的数值分析

长板–短桩工法综合了排水固结法和水泥土搅拌桩法在加固软土地基工程中的优点,适用于处理高速公路深厚软土地基。以江苏省淮安–盐城高速公路盐城试验段为原型和依据,利用Plaxis软件,针对长板–短桩工法、排水固结法和水泥土搅拌桩法三种工况下的路堤和地基性状进行了二维有限元计算分析。从数值分析的角度研究了长板–短桩复合地基的加固机理和特性,进一步认识了总沉降、分层沉降、侧向位移、潜在滑动面及超孔隙水压力等指标的特征,得到了一些有益的结论。     

地铁车站结构振动台试验及地震响应的三维数值模拟

利用FLAC3D对典型地铁车站结构振动台模型试验进行三维数值模拟,所建立的计算模型包括:(1)计算区范围与模型箱尺寸一致;(2)采用Davidenkov模型描述模型土的非线性变形特性,而结构模型采用弹性模型;(3)由于不考虑模型箱在振动过程中的变形,因此动力边界条件取为加速度边界;(4)地震荷载的输入与试验时地震波输入一致。计算结果包括模型土和车站结构的加速度响应规律、车站结构的动应变以及土–结构间的动土压力。计算结果与振动台试验结果吻合较好,说明采用的方法能较好地模拟模型土的动力特性,反映车站结构的动力响应及土与地铁车站结构间动力相互作用的规律。该研究工作能为建立典型软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础。     

群桩与土和承台结构非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板—桩—土的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降,桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况,并对二者进行了对比分析。分析结果基本反映了桩—土—筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

土-结构-TMD体系振动台模型试验与数值模拟对比研究

为了分析土与结构相互作用效应(SSI)对结构控制的影响,将地基土、上部结构和调谐质量阻尼器(TMD)组合成4种结构体系,在同一地震激励下,分别对其进行振动台试验。运用土与结构动力相互作用三维有限元分析软件SASSI2000对4种结构体系分别建立模型,并对各种试验工况下的结构地震反应进行了数值模拟计算。计算中,采用三维八结点实体单元模拟结构的基础部分,每个结点有3个自由度;上部结构采用集中质量模型;采用等效线性化模型考虑土的动力非线性影响。对振动台模型试验与数值模拟结果的比较表明,两者得到的SSI效应对TMD减震控制性能的影响表现出相似的规律性,SSI效应对结构的减震控制效果有很大影响。     

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和 实测对比研究

 圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程,数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响,因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论,通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场,讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响,并和现场实测进行了对比。研究结果表明,挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致,且能反映土性的变化情况;在动态压桩过程中,水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大,竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加,而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应,因此在压桩过程中要给以足够的重视。     

钢筋混凝土柱动力滞回性能两尺度数值模拟

为提高钢筋混凝土柱在快速循环加载下的动力滞回性能数值模拟计算效率并反映局部破坏特征,对通用有限元分析程序ABAQUS进行二次开发,编写了适用于三维纤维梁单元的混凝土和钢筋本构模型程序,在实现纤维梁单元和实体单元界面连接变形协调的基础上,建立了由三维实体单元和纤维梁单元组成的两尺度有限元模型。为了比较计算精度和效率,分别建立了试件的三维纤维梁单元模型和三维实体单元模型。分别对3种模型进行往复荷载作用下考虑混凝土材料应变率效应的钢筋混凝土柱动力滞回性能数值模拟,将两尺度模型的计算结果与试验结果进行比较。结果表明:所开发的材料本构模型程序以及两尺度模型能较好地反映钢筋混凝土柱在快速循环加载下的承载能力及滞回性能;所建立的两尺度模型既可节约计算成本,又能实现钢筋混凝土柱试件关键部位的精细化分析。     

高压旋喷桩基础结构地震反应分析

建筑物的地基可能会遇到各种各样的土层,当在软土地基上进行建筑时,为了满足建筑物的承载要求,必须对软土地基进行适当的加固处理,而高压旋喷桩就是地基加固处理的一种方法.通过三维有限元的数值分析方法,采用Buyukozturk Concrete模型模拟水泥和水泥土的非线性,用基于塑性的Drucker-Prager模型模拟土的非线性,建立了高压旋喷桩的桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,研究了桩-土耦合作用的相互非线性效应,通过接触分析计算了高压旋喷桩基础在地震载荷作用下的上部钢结构响应以及桩腿的内力分布,为复杂结构物的计算提供了一种新的计算方法.     

考虑时间效应边界面模型在地铁工程中的应用

 为了真实刻画地铁移动荷载低振幅、高振次特征,准确计算软土地铁地基在运营期的长期沉降,需要提出能描述低应力水平下土体动蠕变特性的本构模型。据此,基于边界面本构模型,结合Mesri蠕变模型,建立考虑时间效应的边界面本构模型。随后,为了开发ABAQUS材料子程序,采用应力积分算法对本构模型进行推导,借鉴阻止应变法进行算法的优化,可以使计算间隔缩短,总迭代次数增多,更易收敛。采用提出的本构模型和南京软土GDS动三轴试验获得的相关参数进行数值模拟计算,并进行试验对比,验证本构模型的有效性。同时,将开发的本构模型嵌入数值模拟计算中,设置黏弹性人工边界,进行三维地铁有限元数值模拟分析。结果表明：(1) 基于阻止应变法的优化算法可以进行推广使用;(2) 考虑时间效应的边界面本构模型适合描述软土动蠕变特性,能有效预测软土在低振幅地铁移动荷载作用下的累积沉降。研究对理论研究和实际工程具有重要的指导意义。     

超长桩与土共同作用性状非线性有限元分析

目前超长桩的设计计算建立在普通桩的理论基础上,没有符合超长桩工作性状的计算模型。论文建立超长桩-土的三维非线性分析模型,通过无厚度的接触面单元模拟超长桩、土之间的非线性接触特性,采用Duncan-chang弹塑性本构模型描述土的非线性特性,同时用混凝土的非线性本构模型,编制相应的计算程序,对超长桩的桩土共同作用性状进行非线性数值计算。得到桩-土接触面上的侧阻应力分布、桩端位移以及桩周土体的塑性变形发展情况及趋势,其数值计算结果与实测结果一致。结果表明:超长桩具有桩侧阻力软化以及桩端、桩侧阻力异步发挥的特性,该点明显不同于普通桩。     

土工格栅加筋土挡土墙设计参数的弹塑性有限元研究

土工格栅加筋土挡土墙在水利、交通及城建等领域的应用越来越广泛。在模拟日本PWRI原型实验墙的基础上 ,应用弹塑性有限元法研究该种结构的各项设计参数 ,包括土的性质、加筋长度、加筋层间隔以及土体与面板的相互作用特性等。为了能够准确的描述加筋土挡土墙结构的性状 ,应用先进的弹塑性模型模拟墙体各个组成部分 ,其中土体用可以描述土体压力相关特性的广义塑性模型模拟 ,土工格栅应用弹塑性边界面模型模拟 ,而土与结构的相互作用应用可模拟滑移、脱开以及闭合的有厚度薄层滑移单元模拟。通过有限元分析 ,得到一些有助于土工格栅加筋土挡土墙设计的结论     

端承桩沉降的有限元模拟分析

利用大型有限元计算软件P laxis2D对某单端承桩沉降进行模拟,通过采用不同的土体模型参数和桩身桩脚的参数选取并和弹性理论的经验公式计算的沉降量结果对比表明有限元软件模拟分析的可行性和实用性。