全直桩与斜桩高桩码头结构地震动力损伤对比研究

为探究斜桩与全直桩高桩码头结构受强地震作用的损伤特点,以一典型钢管高桩码头为研究对象,并以同一建设场地为背景,在相同服役条件及地质条件下,分别建立斜桩与全直桩高桩码头结构的有限元解析模型,进行结构体系的数值模拟仿真。通过桩体截面弯矩-轴力关系曲线,分析了全直桩码头、斜桩码头两种不同结构形式受不同水平地震作用下的动力响应特性及损伤特点,为高桩码头结构的设计与选型提供合理的依据和参照。研究结果表明,在斜桩结构的内力中,斜桩的轴力起主要支配作用,可有效分担地震的作用力,在输入地震动为350 gal时,考虑到结构的水平位移满足设计要求等因素,斜桩结构在抗震性能方面要稍优于直桩结构,在输入地震动为1 000 gal时,两种结构均发生了塑性破坏,通过塑性损伤开展以及对于地震能量的吸收与耗散的对比分析,得到全直桩结构具有优于斜桩结构的抗震性能的结论。     

液化场地群桩基础地震反应离心机试验及损伤数值模型研究

地基液化导致桩基础破坏是地震中建筑物和公共基础设施震害的主要原因。开展离心机振动台试验探究液化场地中直、斜群桩基础地震反应，并建立动静耦合边界非线性砂土液化大变形桩基塑性损伤有限元数值模型，进行地震作用下群桩基础的塑性反应分析。研究结果表明：地震作用下，地基土液化最先出现在群桩基础周围的地基土表面处，随着地震动峰值加速度的增大，液化范围逐渐向地基深处和桩基础两侧发展；群桩基础的动弯矩在桩底、地基土表面、承台嵌固位置较大；直群桩基础桩身变形较大位置出现在桩底部和地基土表面位置处，斜群桩变形较大位置则出现在桩身中间处；地基土超孔压比在地基浅层最大，并随输入地震动峰值增大而增大；地基土受地震动影响产生液化的同时，会在桩周20倍桩径范围内产生地基隆起，远桩区域产生地基震陷；地震作用下，直、斜群桩受压损伤较小，受拉损伤严重，0.3 g强震工况直、斜群桩桩底受拉破坏。     

可调节式挡水板在深水高桩码头中的减震效果

为研究水深度对高桩码头结构抗震性能的影响,明确地震作用下码头钢管桩的塑性发展与水深的关系,验证可调节式挡水板的减隔震效果,以典型钢管高桩码头为研究对象,使用ABAQUS软件建立直桩式高桩码头有限元模型,在不同类型及峰值加速度地震动作用下,通过设置挡水板并改变其倾斜角度,研究结构在远场长周期地震及直下型地震作用下挡水板调整的合理角度。研究结果表明：随水深增加,钢管桩码头在地震作用下的损伤程度也会随之增加,码头结构的抗震性能下降,设置挡水板可有效减小地震作用下结构的最大位移及钢管桩塑性率(最大曲率与屈服曲率的比值);对于远场长周期地震作用,应将挡水板角度调整为45°~60°之间,对于直下型地震作用,若对码头面板位移无严格限制,可将挡水板角度调整到0°~60°范围,此时钢管桩结构塑性率小于破坏塑性率,但结构位移值较大,若使结构位移减小,应将挡水板角度保持在45°~60°之间。     

液化土中对称双斜桩动力反应特征及p-y曲线规律试验研究

地震作用下液化土中桩基动力反应一直是岩土工程抗震研究的热点问题,基于非液化土和饱和砂土中对称双直桩和对称双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同地震动强度的正弦波和El-Centro地震波,对比研究非液化土和饱和砂土中,直、斜桩水平动力反应特征、桩身弯矩分布及p-y滞回曲线规律。试验研究结果表明：(1) 无论是正弦波输入还是El-Centro地震波输入试验,随着加速度峰值的增加,斜桩承台加速度和位移反应放大值均低于相同工况下的直桩基础,尤其在砂土液化时斜桩的水平抗震性能表现更好;(2) 在非液化砂土中,斜桩和直桩弯矩均较小,而当饱和砂土发生液化后,斜桩的最大弯矩是直桩3倍左右,桩顶和距离桩端0.16 m处,直桩的最大弯矩则主要集中在桩顶与承台连接处;(3) 斜桩p-y曲线包络面积更大,利于能量耗散,在非液化砂土中斜桩p-y滞回曲线整体斜率低于直桩,在饱和砂土中其整体斜率则高于直桩。因此,在进行液化土中桩基抗震设计时,斜桩的整体性能优于直桩基础,但在设计时应增强斜桩桩身的局部抗弯刚度以抵抗较大的弯矩作用。研究成果对可液化土层中工程斜桩抗震设计理论具有重要的参考价值。     

采用粘弹性连接改善高桩码头抗震性能分析

从以往高桩码头地震震害实例分析中不难发现,在地震动作用下,高桩码头破坏存在直桩节点破坏情况,致使码头板面整体支撑系统失效,码头台面倾覆宣告码头报废。试从改变直桩与横梁间的连接方式来提高高桩码头整体抗震能力,阐述粘弹性连接在高桩码头抗震方面的运用。     

直斜交替组合钢管桩支挡结构试验研究

直斜交替组合钢管桩是一种新型的基坑支挡结构,具有施工方便、可循环利用、造价低等优点。已有工程实践证明其支护性能良好,但尚缺乏对其变形和受力机制的深入认识。开展悬臂桩和2种不同夹角(α=10°,20°)的直斜交替组合钢管桩模型试验研究,分析基坑开挖过程中,桩顶位移变化规律、桩身弯矩和变形及土压力分布特征,试验结果表明：相同的基坑开挖深度,直斜交替组合钢管桩的桩顶位移随着夹角增大而减小,悬臂桩桩顶位移最大。悬臂桩桩身弯矩图呈现“鱼腹式”分布特征,而直斜交替组合钢管则为“S”型分布,直斜交替组合钢管桩存在显著的反弯现象,其桩身最大弯矩值随着夹角α的增加而减小。直斜交替组合钢管桩在土压力作用下受力更加合理,斜桩受拉、直桩受压,其破坏模式从悬臂桩的弯剪破坏变化为斜桩与直桩的拉压破坏。此外,直斜交替组合钢管桩支护结构具有三大有益的效应：拉锚效应、重力效应和空间结构效应。拉锚效应和重力效应增加了结构的抗倾覆力矩,而空间结构效应提高了支挡结构的刚度。因此,该支挡结构具有很好的推广应用价值。     

离岸深水全直桩码头承载特性与简化计算方法

全直桩码头是一种新型高桩码头结构型式，在离岸深水海域得到越来越广泛的应用。该结构的承载机理、破坏模式及设计计算方法等与传统高桩码头结构存在较大差异，目前研究尚不完善。采用ABAQUS建立全直桩码头结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型，研究水平荷载作用下码头的承载变形特性及破坏模式。明确了对于水平荷载作用下的离岸深水全直桩码头，基桩的塑性破坏是结构失稳的控制因素，地基土体的承载力对结构水平极限承载力不起决定性作用。在此基础上，采用经典的P-y曲线，建立了全直桩码头水平向承载力简化计算方法。该方法可以计算出桩身任意位置的内力及变形，且适于大、小位移情况。并提出了以“塑性铰”作为简化计算方法中水平极限承载力的判断标准。通过与有限元计算结果进行对比，验证了所建立简化计算方法的正确性。     

近海风机基础大直径超长钢管桩承载特性数值模拟研究

为研究大直径钢管桩在水平和竖向荷载作用下的承载特性,以近海风机基础大直径超长钢管桩为研究对象,运用有限元数值软件,对直桩和斜桩(正斜桩和负斜桩)在竖向荷载和水平荷载作用下的承载特性进行研究。结果表明:在该工程场地条件下,斜桩的竖向极限承载力小于直桩的竖向极限承载力;在相同的水平荷载作用下,正斜桩水平位移最小,直桩次之,负斜桩水平位移最大,卸载后加载点的残余变形正斜桩最小,直桩次之,负斜桩最大;加载过程中随着水平荷载的不断增加,正斜桩、直桩和负斜桩桩身最大弯矩截面位置均逐渐向下移动,在最大水平荷载作用下各桩的最大弯矩值从小到大依次为正斜桩、直桩、负斜桩,正斜桩的水平承载能力高于直桩和负斜桩,因此在工程中设置正斜桩可以显著提高基础整体水平承载力。     

钢管混凝土中柱地铁车站结构地震响应规律

为提高和改善地下结构抗震性能,现有地铁车站结构通常采用钢管混凝土中柱,主要考虑混凝土中柱类型对地铁车站结构的地震响应影响,以两层三跨地铁车站作为研究对象,采用OpenSees有限元软件建立土-地铁车站结构二维整体有限元模型,并基于合成人工地震动输入土-地铁车站结构整体有限元模型,对模型进行非线性时程分析,研究钢管混凝土中柱地铁车站地震响应规律。结果表明：多遇地震动和设防地震动作用下,钢管混凝土地铁车站顶层中柱最大层间位移角相较于钢筋混凝土地铁车站分别降低了5%和1%,底层中柱最大层间位移角下降幅度仅为24%和8%;罕遇地震动作用下,钢管混凝土中柱使地铁车站顶层和底层最大层间位移角分别降低了9%和7%,钢管混凝土中柱底部在最大变形时刻承受的剪力增加了7%;极端地震作用下,地铁车站结构产生较大变形,钢筋混凝土中柱出现破坏时刻钢管混凝土中柱并未破坏,钢管混凝土中柱对地铁车站结构抗震性能提升作用显著。     

高桩码头在淤积作用下的承载力分析

根据检测报告,台州发电厂高桩码头桩基、上部构件存在不同程度损坏情况。由于码头处于河道扩大段,淤积严重,为探讨岸坡淤积对码头安全性影响,本文运用ABAQUS软件,以M-C材料来模拟土体的弹塑性性质,采用梁单元模拟桩基,横梁结构,根据实际岸坡线,建立桩-土相互作用二维有限元模型,分析了淤积自重作用下对桩基产生的内力与变形,计算结果表明在淤积自重作用下,码头有向海侧移动趋势,后排桩基下部受力较大,但桩基承载力富余量充足,码头受力处于安全状态。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

桩–网复合地基与桩承式路堤的对比数值模拟

刚性桩加固软土地基常采用桩体+格栅以及桩+桩帽两种不同的处理形式,前一种处理方式是一种桩–网复合地基的处理形式,后一种一般称为桩承式路堤。两种形式在变形特性以及桩体受力特性上有其不同的特点。由于缺乏有效的对比研究,在处理方式的选取上存在一定的困难。鉴于现场试验手段的局限性,在现场对比试验的基础上对两种处理方式进行了三维流固耦合模拟和对比分析工作,揭示了不同处理方式桩顶平面沉降变形的特性,同时对桩体的应力进行了对比研究。     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。     

土–桩基–核岛体系动力相互作用振动台试验及数值模拟

利用振动台试验研究了土–桩基–核岛体系动力反应规律,分析了桩身内力分布特征、变形规律和桩身破坏模式。试验结果表明:输入不同幅值的地震动时土层与桩基础结构均出现加速度放大情况,其中远离结构自由场放大系数峰值出现土层表面,桩间土层放大系数峰值出现在土层中部,表明桩基础对土层加速度放大情况有一定影响;桩身在中部出现加速度放大峰值后在靠近承台位置出现减小,表明上部结构对桩身加速度放大分布有显著影响。桩身剪力在桩-承台连接处最大并随深度增加而减小,弯矩在桩顶部及中上部位置较大。桩-承台连接处、桩中部(约6倍桩径)为桩身薄弱环节,破坏形式为拉伸剪切破坏及弯曲破坏。群桩各桩的破坏顺序为沿振动方向一侧边桩先出现破坏并引起中部角桩破坏,后中桩破坏,另一侧边桩最后破坏。水平地震荷载作用下群桩的可能破坏机制是沿振动方向的边桩由于受桩周土的约束较弱、最先受到地震的作用,更容易先发生破坏,并引起其它位置的桩发生破坏。     

遮帘式板桩码头结构与土共同作用3D数值模拟分析

遮帘式板桩码头作为一种全新码头结构,因缺少相关设计规范和计算方法,给工程设计、施工与优化带来很大困难。基于ABAQUS计算软件平台,利用自行二次开发的、能较好地反映土体塑性体应变和剪胀特性的"南水"双屈服面土体本构模型,对遮帘式板桩码头三维数值计算展开研究,探讨该新型码头结构与地基土体间相互作用、墙身与桩体的变形、拉杆力的变化以及桩与墙体土压力及弯矩分布与变化规律。计算结果表明,新型板桩码头结构沉降量较小,水平位移因前沿港池的开挖相对较大,由于设置遮帘桩,结构充分利用了土体自身抗剪力学特性,导致上部土体作用于前墙土压力显著减小,下部土体作用于前墙土压力显著增大,从而极大改善了前墙承受由于前沿港池开挖深度增加而迅速增大的土压力,使得结构更加稳定;同时,遮帘桩承担了较大的弯矩,增强了抗倾覆的能力,使得遮帘式板桩码头得以深水化。     

基坑双排斜桩模型试验研究

伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。     

近断层/远场地震动作用下隧道结构易损性研究

以川藏铁路线控制性工程——折多山隧道为研究对象,建立隧道动力时程分析模型.结合场地地震动设计反应谱,选取近断层脉冲型地震动及远场地震动记录,用于增量动力分析隧道工程结构的抗震性能水平.初步探讨适用于隧道结构的地震动强度指标IM,分析不同特征部位隧道结构易损性,对比分析近断层脉冲型地震动及远场地震动作用下隧道结构的地震易...