不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明：桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

微型桩加固公路路肩数值模拟分析

为研究重型汽车运行过程中引起的振动荷载对路基稳定性的影响,采用有限差计算软件建立了重型汽车运行条件下高级公路路基三维仿真模型,重点对其动力响应及桩的支护效应进行分析.结果表明:随着测点与振源水平距离的增加,测点峰值加速度逐渐减小;与无微型桩加固路堤相比,路肩用微型桩加固后,地表各测点的竖向振动峰值加速度衰减的相对较快;当桩径和桩长一定时,随着桩间距的增大,路基面上各测点的竖向位移也相应增大,且重车荷载激励作用处竖向位移最大;同时,随着测点与振源水平距离的增加,路基表面竖向位移逐渐减小.当桩径4m,桩长3m时,桩身最大动弯矩基本位于桩顶以下2m处,并且达到最大动弯矩后,微型桩桩身动弯矩随埋深的增加而逐渐减小.     

轴、横向荷载下微倾单桩地基反力法的解析解

对轴、横向荷载下微倾单桩侧向变形和内力进行研究,求得地基反力系数为常数时的解析解.采用Fortran语言编制了计算程序,并通过与模型试验结果进行对比来验证解及程序的可靠性.算例分析表明,桩身最大位移和最大弯矩随桩身初始倾角的增加而近似线性增大,且其变化速率随轴向荷载的增加而增大;桩身最大位移和最大弯矩随轴向荷载的增加而增大,且其变化速率随桩身初始倾角和轴向荷载的增加而增大.桩顶自由时桩身最大弯矩距离地面的距离随桩身初始倾角的增加而增大,且其变化速率随桩身初始倾角的增加或力矩荷载的减小而减小;桩身最大弯矩距离地面的距离随轴向荷载的增加而近似线性减小.所得解答使桩身侧向响应计算更符合工程实际.     

大变形条件下单桩水平承载性状分析

针对大变形条件下承受水平荷载的单桩基础,采用沿深度线性增加并能较好的反映上部土体抵抗侧向变形能力的地基反力系数,及简化的土体弹塑性本构关系,推导出桩身变形和内力的计算公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。算例表明:桩的水平位移和弯矩随水平力和力矩的增加而非线性增大;桩身位移随距离地面的距离的增加而减小,距地面的距离超过10倍桩径时桩身响应极小,可忽略不计;桩顶约束是桩身响应沿桩身分布的重要影响因素;随着桩周土体力学性质的改善,桩的最大位移和最大弯矩均明显减小。计算值与现场实测值吻合度很高,且比已有解计算结果更优,所得解及程序是可靠的。     

完整基桩瞬态激振响应分析

从桩的阻尼波动方程入手,推导出完整基桩的瞬态激振响应模型.根据此模型编制了Visual Basic 计算程序对瞬态激振的速度响应曲线进行分析,定性的得出了桩长、桩径、弹性波速、桩端土的刚度等参数对速度反应曲线的影响规律:随桩长 L的增大,桩的谐振频率减小,速度响应曲线的振幅减小;桩径d增加,桩的谐振频率减小,同时速度响应曲线的振幅也减小;弹性波速增大,桩的谐振频率增大,速度响应曲线的振幅不变;桩端土刚度增大,桩的谐振频率增大,速度响应曲线的振幅减小.     

连续荷载作用下单排桩隔振效果研究

为了研究连续型荷载作用下的单排桩隔振效果,分别研究了桩长,桩径,桩间距与振源距等因素对其隔振效果的影响。并通过室外试验,以连续型荷载作为振源,对单排桩在以地表振幅降低比作为评价指标的基础上进行分析,得出结果表明:增加桩长和增大桩径对增加隔振效果有益。减小桩间距和振源距离对隔振效果较好。     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

横观各向同性饱和土中埋置弹性桩的扭转振动

通过解析方法研究了横观各向同性饱和土体中弹性桩的扭转振动响应问题. 土体和弹性桩体系被分解为横观各向同性饱和土及被视作土体加强体的虚拟桩部分,土体符合Biot三维饱和弹性介质理论,弹性桩被视为一维弹性长杆. 运用Hankel变换求解了横观各向同性饱和土体的动力控制方程,结合桩土间复合边界条件,得到关于桩身内力沿桩长分布的第二类Fredholm积分方程.利用数值的方法对方程进行求解,得出应力沿桩身的分布,并可进一步得到桩的位移沿深度的分布. 数值计算表明,土体的横观各向同性参数及荷载频率对弹性桩的振动影响显著.     

轨道交通桩板结构隔振效果有限元分析研究

为了研究轨道交通荷载作用下桩板结构主动隔振措施的隔振效果,在路基模型中设置桩板结构,为了模拟振动波传播于无穷远处,通过无限元边界与有限元边界相结合的有限元分析方法建立模型,把桩长、填充率及埋深因素考虑在内,研究各因素对隔振效果的影响.结果表明:随桩长增加,隔振效果越显著,处于45度角方向存在明显的振动加强区,随着距离振源增加,振动加强区均在减小;埋深对隔振效果影响显著,随着埋深的增加隔振效果加强,隔振效果增强趋势是由45度中线区域逐步向俩侧增强,埋深小会引起隔振板对波反射,影响隔振效果;填充率因素在主动隔振桩板结构中有隔振效果,但效果不明显,随着填充率的增加其隔振效果在缓慢增长.     

上拔荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

通过有限元软件模拟了上拔荷载作用下斜桩的承载变形性状并与直桩进行比较,分析了桩身倾角对桩顶位移、极限抗拔承载力、桩身弯矩、剪力及轴力的影响,研究了斜桩-土接触压力、桩侧摩阻力的分布特征,探讨了长径比与斜桩有效桩长的关系.结果表明:在上拔荷载作用下,斜桩桩顶的上拔位移均大于相应直桩.桩身倾角及上拔荷载越大,上拔位移和水平位移越大;斜桩极限抗拔承载力大于直桩,且在15～20°之间存在一个最佳倾角使斜桩的极限抗拔承载力达到最大;桩身最大弯矩均出现在z/L=0.1处,最大剪力均出现在桩顶截面处.在z/L=0.4以下区域,桩身弯矩及剪力几乎全部为零.同一桩身相对深度处,桩身剪力及弯矩都随着倾角的增大而增大;直桩及各斜桩桩端存在真空吸力.倾角对桩身轴力的影响不大;桩-土接触压力的大小与桩身倾角的大小有关.桩与土沿深度方向脱离的范围随着倾角的增大而增大;斜桩左、右两侧摩阻力分布相差较大,其大小与倾角的大小有关;上拔荷载作用下斜桩存在有效桩长.倾角的大小对有效桩长影响不大.     

基坑开挖下倾斜长短组合桩的受力变形特性

倾斜长短组合桩兼具变形控制能力良好和造价低的优点.目前,对倾斜长短组合桩的研究较少,尚缺乏对其工作机理的认识.利用模型试验结合数值模拟的方法,研究开挖过程中倾斜长短桩在不同倾角和桩长组合下的变形受力特性,继而探讨其工作机理.结果表明:对于倾斜长短组合桩而言,其支护效果与倾角成正比,与排桩的桩长成反比,且倾角的影响最大,...     

斜坡地形单桩竖向承载特性模型试验与数值模拟研究

为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响,结合模型试验和数值模拟方法,设计多组斜坡工况和水平对照工况,对单桩竖向承载特性进行研究,在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明：在相同坡度条件下,单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况,且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低,斜坡影响度呈非线性增长;斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小,当桩侧阻力出现峰值时,对应的桩端阻力大小接近相等;斜坡地形中,桩身前后存在应力分布差异,坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置,但剪应力差异仅存在于0~4倍桩径的浅层区域。     

列车作用下青藏铁路路基动力响应试验

目的分析研究多年冻土区青藏铁路在列车动荷载作用下路基的稳定性及振动衰减规律．方法选取青藏铁路北麓河段三个典型试验断面,在春季进行了列车荷载作用下的路基动力响应现场试验,采集路基、边坡、道床3处振动数据,统计计算了青藏铁路客车与货车行驶时路基振动的最大和平均加速度幅值,对实测数据进行了功率谱分析．结果路基上货运和客运列车的竖向最大加速度分别为2．2132m／ss^2和2．0004m／ss^2,对应的平均加速度分别为0．1495m／s^2和0．1143m／ss^2,道床上的振动明显减小．在T28次客运列车的作用下,对于断面Ⅲ,C3测点在振动频率为25Hz、38Hz、46Hz,55Hz出现峰值,能量集中在18～53Hz．边坡C4测点振动能量集中在20—65Hz,C5测点的优势频段为20—80Hz．结论路基上货运列车的振动比客运列车振动大,同一断面竖向衰减速度大于横向,素土路基各方向衰减小于块石路基,下一测点加速度峰值大致减小为相邻上一测点的1／10．     

动态子结构法在凸起地形地震动响应中的应用

为研究山地地形对地震动放大效应的影响,满足实际工程中山地建筑地震动设计的需要,以单峰凸起地形为例,引入动态子结构法,计算地形坡角在30～60°,凸起高度20～80 m和平台段宽度50～600 m共60个不同尺寸岩质凸起地形在地震动输入下的响应,得到不同尺寸凸起地形下模型各点加速度和频谱特性变化规律.结果表明:与传统有限元分析方法相比,动态子结构法在保证计算精度的同时,能很大程度提高计算效率;凸起地形对地震动放大效应影响较大,坡脚到坡顶地震动响应不断增大,坡顶平台中点放大效应最为明显;随地形坡角和坡高增加,地形对地震动的放大效应呈增大趋势;坡角和坡高一定时,随地形宽度增加,地形凸起高度较小时,地震放大效应呈增大趋势,反之凸起高度较大时,地震放大效应呈降低趋势;地形凸起尺寸的增加会激发高频段反应的加剧,同时降低低频段反应峰值.     

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。     

地铁高架桥列车振动荷载对邻近构筑物受力变形的影响分析

为分析新建地铁高架桥运营期列车振动荷载对近接敏感构筑物的影响,结合长沙地铁1号线北延线高架桥上跨既有高速公路与干线铁路,两侧紧邻既有桥台桩基和框架桥,建立列车振动荷载下高架桥-地层-既有结构的动力耦合数值模型,分析了地层与既有结构的不同深度动力响应随时间变化规律,以及列车运行速度、轴重、近接距离、地层加固模量、阻尼比分别对桥台桩基和框架桥的水平位移、速度和加速度的影响规律。结果表明：列车振动作用下地表沉降值约为水平位移的40%,地层变形以水平位移为主;框架桥的变形、速度、加速度变化趋势与桥台桩基类似,但其绝对值相对较小,而桩基和框架桥不同深度的动力响应特征明显不同,桩顶和框架桥顶板受影响较大;既有构筑物的动力响应随速度的增加先减小后增大,且在低速区变化幅值较小,80km/h为列车的最佳运行速度;既有结构的动力响应随列车轴重的增大近似呈线性增大的关系,轴重相对于速度对动力响应的影响明显;近接距离越小,框架桥的动力响应越大,高架桥新建桩基与框架桥水平距离小于桩径的4倍时,需采取加固措施;动力响应随加固区刚度增大而减小,地层模量达到300MPa后,继续提高加固强度对降低响应的效果不明显。研究成果可为类似工程的建设与运营提供有益借鉴。     

水电站厂房自振特性的研究

本文首先叙述用两种方法(倾角变位法和角变位移法)分析水电站厂房的自振特性。再用实验结果进行校核验定。结果表明:倾角变位法不如角变位移法。物理推理也可知其正确性,前法忽略了各杆件的轴向变形,即忽略了竖向振动特性。模型实验结果证实了这个论点。依此,本文提出了一种简便易行的分析方法用来确定水电站厂房的自振特性。     

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.