压桩挤土位移变分模型及理论解答研究

针对三维压桩挤土位移应力求解问题,综合考虑桩身段的径向扩张与桩端的似球形扩张,应用多项式连续函数曲线模拟桩孔直立段、过渡段和桩尖段,并通过引入曲线族参数构造带参数位移函数和积分泛函,实现较符合实际工程和变分法要求的桩土作用孔壁边界的数学模拟,并结合Duncan-Chang本构关系模型和变分理论,推导桩土作用问题的理论解答。应用本文解答进行的工程实例计算表明,变分理论解答极限平衡理论计算及现场测试结果均吻合较好。且随待定系数个数增加收敛于精确解答的速度也较快,研究过程对较复杂的工程问题的理论解答推导有借鉴意义。     

桩土模型中土体边界选取的有限元分析

运用有限元软件对单桩受荷时桩土模型中土体边界的选取进行了分析.详细介绍了有限元的建模过程,通过计算土体不同边界范围所能提供的桩极限承载力,得出计算分析单桩受荷时桩土模型所需的合理土体边界.结果表明桩土模型中桩侧土体边界取12倍桩径,桩端土体深度边界取15倍桩径时,可充分利用土的承载能力并满足计算精度要求.相应P-S曲线的比较证明了本文方法的正确性和合理性.     

国家大剧院施工与使用阶段变边界约束钢网壳受力性能分析

国家大剧院钢网壳采用在施工阶段和使用阶段结构边界约束不同的设计方法,这种方法具有结构内力分布均匀合理且结构自重轻的优点。采用强迫位移法计算策略,对国家大剧院变边界约束钢网壳结构进行静力分析和非线性整体稳定性分析,为设计提供可靠的计算依据,并通过对传统常值约束边界和变约束边界结构的分析比较,说明变边界约束结构的特点,证明用于变边界约束结构分析的强迫位移法计算策略有效。     

稳态温度场面向对象的有限元分析程序设计

根据热传导的偏微分方程由变分原理导出稳态温度场的基本方程和边界条件,通过有限元法可以得到通用有限元计算方程.因此,采用八节点六面体等参数单元给出稳态温度场问题的单元刚度矩阵和边界热流向量的计算公式,并用VC 编程语言采用面向对象的技术编写了相应的计算程序.通过与ANSYS分析结果进行对比,有效地论证了该程序的可行性.     

超长大直径变截面钢管复合桩竖向承载力算法

变截面钢管复合桩的受力性能较好,在工程中应用较多,但是其理论研究却较为滞后。对该桩型竖向承载力计算方法进行研究,分析了其荷载传递规律,选取桩基受力极限状态,考虑钢管作用与变截面处承载力,利用桩土位移协调关系推导了超长大直径变截面钢管复合桩竖向极限承载力计算公式,并用该方法和现行规范计算方法对鱼山大桥37号桩基进行竖向承载力计算,与试桩自平衡试验实测值进行对比。研究结果表明:试桩自平衡试验曲线平缓无陡降,单桩竖向极限承载力试验值为120 056 kN,利用现行规范公式计算值与实测值相比偏差过大,而本文推导方法计算结果与实测值较为接近,验证了本文方法的可靠性。     

二维势问题的杂交边界点法

提出了二维势问题的杂交边界点求解方法。该方法将用于杂交边界元的修正变分原理与移动最小二 乘法结合起来,不但具有边界元法降维的优点,而且是一种真正的无网格方法,即：该方法既不需要插值网格,也不需要积分网格,它的输入数据只是求解域边界上的离散分布的点。数值算例表明：该方法的数值解与解析解吻合得非常好,并且收验速度高。域内未知量的计算不需要象在边界元法和边界点法中做的那样,再一次沿边界积分。     

波浪与多孔介质结构相互作用的数值分析

采用比例边界有限元方法(SBFEM)研究波浪与圆环柱形多孔介质结构(碎石填充)的相互作用。将整个计算域分成两个有限域和一个无限域,通过变分原理,推导出各子域的SBFEM控制方程,并进一步研究各参数对结构与波浪相互作用的影响。     

关于力学变分原理及应用的几点注记

从论述经典力学中的Hamiltonian原理的推广开始,概述泛函分析中算子理论和非平衡热力学变分原理基于场的变分的新发展,余一对偶变分原理集伴随变分法和广义格林函数法于一体,它既是有限元法、又是边界元法最普遍的数学基础;从物理观点看,唯象的非平衡热力学变分原理函盖所有宏观物理体系,适用于所有连续力学系统,但作为具体描述方法还有一定局限,有待进一步发展。     

使用修正变分法分析抗拔单桩和群桩的变形

抗拔桩常被应用于地下构筑物的抗浮和受较大弯矩作用高耸构筑物的基础。根据最小势能原理,使用修正变分法来分析抗拔单桩和抗拔群桩的变形。在传统变分方法的基础上,本文将抗拔群桩的变形分析简化为计算一个2×2维矩阵,使得群桩变形分析时间大大缩短。通过与模型试验结果进行比较,该方法不但可以节省单桩和群桩变形分析时间,而且计算结果与实测结果也比较相近。     

水平变刚度优化设计对桩筏基础动阻抗的影响

为研究水平变刚度优化设计对桩筏基础动刚度的影响,针对成层地基上的大型桩筏基础,采用直接法计算桩筏基础模型在水平、竖直和回转三个方向上的动阻抗函数.对比分析了不同地震动水平下,变桩径和变桩距对桩筏基础动阻抗函数的影响.结果 表明,水平变刚度优化设计和地震动水平对所研究桩筏基础动阻抗函数的影响随输入频率的变化而变化.当输入频率较小时,水平变刚度优化设计对桩筏基础三个方向动刚度的影响均不明显,当输入频率较大时,桩筏基础水平方向动刚度会减小,但竖向和回转方向的动刚度不受影响;地震动水平的增加会减小土体的等效剪切模量、增加土体的等效阻尼比,进而减小桩筏基础动阻抗函数曲线的振荡幅值.建议对桩筏基础进行不同输入荷载频率的研究,以确保优化设计的可靠性.     

层状地基中的单桩沉降分析

对轴对称弹性力学方程进行Ｈａｎｋｅｌ变换，并利用传递矩阵方法得出层状地基在内部轴对称荷载作用下的位移解。利用此解析解建立了求解层状地基中单桩沉降的计算方法，并与Ｐｏｕｌｏｓ，Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｗｒｏｔｈ，Ｒａｊａｐａｋｓｅ等人的经典解答进行了比较。     

竖向菏载作用下群桩沉降的一种实用计算方法

群桩沉降是控制桩基设计的一个重要因素,本文采用剪切变形传递法教育处桩身压缩变形,采用等代墩基法计算桩端以下土体整体压缩变形,并以二者相结合计算群桩沉降。     

A simplified analysis method for the influence of tunneling on grouped piles

One of key issues of tunneling in urban areas is to assess the likely impact on adjacent piled buildings of tunnel construction. Simple and reliable predictions of tunneling-induced bending and axial stresses in pile foundations are important to the safety of tunneling. In this paper, a simple two-stage analysis method for determining the response of pile groups caused by tunneling was presented. At the first stage, an analytical solution proposed by Loganathan and Poulos [Loganathan, N., Poulos, H.G., 1998. Analytical prediction for tunneling-induced ground movement in clays. J. Geotech. Geoenviron. Eng., ASCE 124 (9), 846–856] is used to estimate the free-field vertical and lateral soil movements induced by tunneling. At the second stage, assuming no slippage at the soil-pile interface, the Winkler model is first adopted for simulating the pile-soil interaction, combined with finite difference method in the case of multi-layered soils. Then, shielding effect is considered for the interaction between two passive piles using a logarithmic attenuation function suggested by Randolph and Wroth [Randolph, M.F., Wroth, C.P., 1979. Analysis of the vertical deformation of pile groups. Géotechnique 29 (4), 423–439] for vertical response and Mindlin’s solution for lateral response. Finally, the response of a passive pile group due to tunneling is obtained by the superposition principle. Solutions obtained by the proposed approach for the analysis of single piles and piled groups subjected to ground movements induced by tunneling are compared with those using the boundary element program GEPAN. Comparisons are also made between the observed behavior of centrifuge model tests as well as field measurements and those computed by the proposed method. It is demonstrated that the present method can in general give a satisfactory prediction of the response of passive piles subjected to tunneling.     

炼钢转炉桩筏基础优化设计及分析

以炼钢厂房的转炉桩筏基础设计为工程背景,采用Poulos解分析桩土刚度,厚板理论分析筏板,计算得到桩筏基础的总体沉降、差异沉降、桩顶反力、筏板内力等结果。在准确分析的前提下,对桩数、筏板厚度进行优化,板厚由3 m优化为2.3 m,同时减少6根桩,节省造价18.36%,且优化结果能够满足规范的要求。本工程转炉设备已安全投产,优化设计取得了良好经济效益。     

基于共同作用的桩筏基础分析及设计

以宏达国际酒店高层建筑桩筏基础为工程背景,采用Poulos位移解计算桩土刚度,Reissner厚板理论分析桩基筏板,并利用该方法对桩筏体系的总体沉降、差异沉降、桩顶反力、筏板内力等结果进行了计算.此法较现有的桩基设计规范中基于筏板绝对刚性假定的计算具有一定的优越性.通过分析计算结果总结变化规律,认为荷载密度对此类基础的局部沉降、桩顶反力影响较大.分析结果能够为高层桩筏基础工程的设计提供有益参考.     

不均匀布桩的桩筏基础分析

对桩筏基础的不均匀布桩方式进行了探讨 ,用能量变分原理进行分析并以算例说明其应用。     

盾构施工对邻近桩基础影响的简化分析方法

根据Loganathan和Poulos提出的估算盾构施工产生的土层位移的简易方法,假定已知土层损失,可预测隧道周边土层的水平位移。邻近盾构的桩基础也要随土层位移产生内力、位移变化,而成为被动桩。参照弹性地基梁法,建立由土体水平位移导致的桩-土共同作用方程,通过杆系有限单元法实现求解盾构施工产生的桩身内力和位移,计算中可考虑不同的桩顶约束条件和土层分布条件。根据桩身内力、位移控制要求,可确定盾构隧道施工时的土层损失控制要求。     

桩筏基础共同作用分析方法研究

计算桩筏基础的方法很多,如弹性理论法、荷载传递法、混合法、有限元法和有限元有限压缩层法等等。但是这些方法计算复杂,计算机容量大,计算时间长,因而采用能量变分原理来分析桩筏基础。即先假定筏板的位移模式,用能量变分的方法计算位移模式中的一系列未知参数,建立桩筏系统方程,它不需要对桩、筏进行单元离散,减少了计算的复杂性,可方便的应用于大型群桩筏计算。     

基于Poulos解的交叉厂房柱桩基础设计

以某炼钢厂房设计为工程背景,采用Poulos和Boussinesq弹性理论计算桩土刚度,采用Reissner厚板理论分析桩基础承台,并利用该方法对交叉厂房柱的桩基础的总体沉降、差异沉降、桩顶反力、承台内力等结果进行了计算。通过总结分析结果,验证了规范的结论,并分析了此类基础的规律,以期为类似工程的设计提供有益的参考。