地震作用下结构刚度对桩基内力的影响

用整体有限元方法进行桩-土-结构动力相互作用体系的地震反应分析。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟;在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处,用补充约束方程的方法进行节点耦合,使2种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩、土、结构及荷载参数,重点讨论了地震作用下3种不同的上部结构刚度对桩基内力的影响,求出了3种上部结构刚度下体系1~6阶的自振周期和桩基的最大位移及内力等,并进行了分析和比较,得到了在水平地震荷载作用下上部结构刚度的增大将增大桩基的内力及水平位移,且桩顶及桩身处于第一个软硬土层交界面处的截面的内力尤为突出等结论。     

节点刚度对空间管桁架拱动力性能影响的研究

为研究相贯节点刚度对空间管桁架拱动力性能的影响,在节点域板壳单元与弹簧单元的动力性能一致性得到验证的基础上,建立节点域精细化弹簧模型,采用材料与几何非线性有限元法分析结构模态与地震时程响应。以跨度为50m,矢跨比为0.29的倒三角形截面空间管桁架拱为算例,结果表明：节点域弹簧模型的基频比普通模型低8.81%。加速度峰值为0.4gal的各向地震作用下,节点未进入塑性状态,节点处引入弹簧单元能有效地考虑节点的半刚性,相对于理想刚接的情况,节点位移响应相差不大,而轴力响应较为明显,水平地震作用下结构的内力增大了25.53%,竖向地震作用下结构的内力增大了4.89%,三维地震作用下结构的内力增大了22.49%。对不同跨度、矢跨比的空间管桁架拱进行了时程响应分析与讨论,计算结果表明：在大跨度管桁架拱节点设计分析中,节点刚度对结构动力性能的影响有较强的敏感性;节点刚度对不同矢跨比管桁架拱动力响应的影响与地震波的输入方向有关,此类结构在强震作用下,不宜采用未考虑节点刚度的模型进行动力响应分析。     

地基-基础-支护结构-上部结构动力相互作用体系的计算分析研究

利用通用有限元程序ANSYS针对地基-基础-支护结构-上部结构动力相互作用体系进行了计算分析，探讨了支护结构的存在对高层建筑抗震性能的影响，计算中土体的本构模型采用等效线性模型，利用粘-弹性人工边界作为土体的侧向边界，并研究了支护排桩长度和刚度、上部结构刚度以及基础型式等参数对动力相互作用体系的动力特性及地震反应的影响。     

非液化土-群桩基础-结构体系相互作用动力响应振动台试验研究

为深入研究非液化场地中桩-结构体系地震响应和土-结构动力相互作用问题,进行了含有一定深度的松砂层非液化场地土-结构体系动力相互作用大型振动台试验,分析非液化场地和群桩基础的加速度地震响应特征,并对土体侧向变形规律以及桩基弯矩分布进行了分析。结果表明：当输入0.05g拍波时,土体与桩基对加速度反应表现出放大作用,且距离结构较远处土体对加速度放大作用更加明显;当输入0.3g汶川地震卧龙台地震记录时,加速度只在远离桩基的土体中加速度反应有一定放大;桩身最大弯矩均超过60N·m,并且桩基弯矩幅值呈现出桩顶弯矩小(靠近桩顶处)、下部弯矩大(靠近桩端处)的规律,且在土层交界面附近弯矩存在突变;上部结构加速度反应自上而下有一定程度的减小,地震动Arias强度值减小明显,刚性场地上的结构地震动Arias强度是位于土体上结构的3~4倍,说明土体的耗能作用明显。     

考虑不同桩长影响的变电站配电楼地震反应分析

从变电站桩基-筏板-配电楼结构耦合体系出发,采用PLAXIS 3D建立桩筏基础-地基-上部结构三维有限元整体模型,其中,土体非线性力学行为采用考虑小应变特性的双曲线型弹塑性(HSS)模型模拟,动力计算中采用自由场边界(模型四周)和柔性底部边界(模型底部)来模拟无限地基。通过整体模型动力时程分析,研究了3条典型地震波及其不同加速度峰值情况下长桩和短桩设计方案对应的上部结构及桩筏基础动力响应特性。结果表明：变电站配电楼虽然层数较低,在地震作用下楼顶仍然表现出一定的放大效应;考虑结构后的地表水平加速度峰值总体上高于自由场地的情况,距结构30m范围内地表水平加速度反应相对较大;桩长在一定范围内变化对上部结构的振动响应影响不大;上部结构的水平加速度峰值随输入地震动加速度峰值增加而增大,地下室底板中部弯矩极值对地震动加速度峰值及不同地震波波形均不敏感。     

刚性桩复合地基体系中褥垫层减震效应研究

基于上海7度设防烈度规范标准反应谱生成人工地震波，选取一软土场地中的10层混凝土框架结构为例，利用通用有限元分析软件ABAQUS进行刚性桩复合地基-筏板基础-上部结构体系和桩筏基础-上部结构体系的建模及动力时程分析，对比在6度、8度罕遇地震作用下主要受力构件（桩体和上部结构）的动力响应，归纳刚性桩复合地基体系的抗震特点。结果表明，复合地基体系中，褥垫层表现出较好的减震作用，桩基内力包络值明显减小，而位移仅略有增加；上部结构水平加速度、水平位移、层间位移及内力响应均明显减少。可见设置褥垫层的抗震性能优于不设置褥垫层的情况，且大震效果更优。     

分层土-桩-结构动力相互作用数值模拟试验分析

采用有限元法分析桩-土-结构动力相互作用是当前工程与学术界解决此类问题的惯用方法。应用数值试验对桩一土一结构弹塑性动力相互作用中相关的问题进行了研究,采用整体有限元方法分析桩-土-结构动力相互作用,上部结构以框架结构为研究对象,上部结构、承台以及桩均采用二维梁单元进行模拟;土体采用二维平面应变单元进行模拟。讨论了土体分层对桩-土-结构动力相互作用体系的影响,得到一些对工程实际有益的结论。     

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。     

桩-土-结构效应对塔梁固结体系斜拉桥地震响应影响分析

结合某独塔预应力混凝土斜拉桥(塔梁固结体系)设计实例,采用有限元方法建立有桩基和无桩基两种动力计算模型,采用反应谱法计算有桩基和无桩基两种模型在不同地震动工况下结构各部位的内力和位移响应。给结构输入纵向、横向、竖向互相组合的地震动进行反应谱分析,得出拉索、主梁和主塔在地震作用下的内力和位移响应特性,并进行分析和比较,初步探讨了桩-土-结构效应对此类桥型的地震响应的影响。     

某桩基承台质量对上部化工塔稳定性影响分析

为研究地震作用下桩基承台的结构形式及其质量大小对上部高耸结构的影响,以土—结构动力相互作用的相关理论为基础,通过采用黏弹性人工边界模拟土体边界,建立了桩—土—承台—上部结构动力相互作用二维模型。以某在建中的高耸化工塔为例,对相互作用体系在地震荷载作用下的动力反应进行数值分析与研究。结果显示,在将承台由大质量块实心体改为质量更小的结构体时,体系的地震反应并不比原结构大,甚至还略有减小。另外,如果在原承台基础上使承台材料的密度在一定范围内变化,那么随着密度的增大,体系的地震反应也随之有所增大,这表明桩基承台的大质量并未使上部化工塔结构更稳定。     

Large‐scale shaking table test on pile‐soil‐structure interaction on soft soils

The two large‐scale shaking table tests of tall buildings on soft soils in pile group foundations are performed to capture the effect of the seismic pile‐soil‐structure interaction (PSSI) on the dynamic responses of the pile, soil, and structure. The two different model conditions are observed, including a fixed‐base structure and a structure supported by 3‐by‐3 pile group foundation in soft soil, representing the situations excluding the soil‐structure interaction (SSI) and considering the SSI, respectively. In the tests, the superstructure is a tall building with 12‐story reinforced concrete frame. The pile‐soil‐structure system rests in a shear laminar soil container, which is designed to minimize the boundary effects during shaking table tests. The two models are subjected to various intensity seismic excitations of Shanghai bedrock waves, 1995 Kobe earthquake, and 1999 Chi‐Chi earthquake events. According to the experimental and analytical results, SSI systems have longer natural periods than the fixed‐base structure. In addition, soft soil has amplification effect under smaller seismic excitations and isolation effects under larger earthquake intensities. The strain amplitude at the top of pile is large, and the strain at the middle and tip is relatively small. Whereas the contact pressure is small at the top of pile and large at the middle and tip. From the dynamic responses of the superstructure, it is found that the PSSI amplifies the peak displacements and interstory drifts of the structures supported by pile group foundations by comparing with the fixed‐base structure. Whereas the peak acceleration and interstory shear force of the structure are reduced considering seismic PSSI. The results show that the seismic SSI is not always favorable, however, it may increase certain dynamic responses of the structure. Consequently, the seismic SSI should be considered reasonably, providing insight towards the rational seismic design of buildings rested on soft soils.     

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。     

桩-土-杆系结构的动力相互作用

本文通过对在Penzien模型基础上改进后的桩-土-杆系结构动力相互作用模型的研究,编制开发了简便、实用的桩-土-杆系结构动力相互作用分析通用程序DIPSFSA。结合工程实例计算结果表明,考虑共同工作与常规法基础固定某些情况下会有较大差别。本论文得出的结论对现行建筑结构抗震规范的修订有一定的参考价值。程序DIPSFSA可为设计人员对整个结构提供正确的反应与内力分布,对在III、IV类场地柔性地基上建筑物的抗震设计有一定的实用价值。     

预应力锚索桩板墙的地震响应及影响参数研究

汶川地震震害调查表明,使用预应力锚索的桩板墙变形协调性更好,抗震性能提高,但目前在预应力锚索桩板墙的抗震设计理论研究方面仍比较落后。本文利用FLAC^3D对预应力锚索桩板墙的地震响应特征进行了研究,包括桩身土压力分布、桩身变位及锚索内锚段应力的动力响应特性等,并通过改变地震动参数、材料参数和结构设计参数,进行了多种工况的分析,系统研究了影响参数对桩-土-锚动力耦合相互作用规律的影响。通过对FLAC^3D的数据分析,其研究结果表明:锚索限制了桩板墙结构的运动,墙后土压力在锚索附近显著增大;桩前基础表面的土体易损坏,因此,应高度重视桩前位置,这对抗震设计有积极影响;随着内聚力和内摩擦角的增大,桩的位移、应力和锚固轴力等减小;锚索存在临界有效锚固长度,在临界范围内,通过减小桩间距来提高加固效果并不明显。研究成果加强了对预应力锚索桩板墙抗震表现的认识,也为深化抗震机理研究提供了可靠的依据。     

桩-土-桥相互作用对隔震连续梁桥地震响应的影响

随着隔震技术在桥梁结构中的广泛应用,建立合理的桥梁模型进行隔震分析十分重要。以某连续钢箱梁桥为对象,建立了墩底固结不考虑桩土、M法桩和非线性有限元桩的三种桥梁模型,通过对这三种桥梁模型进行隔震前后的地震响应分析,以研究桩-土-结构相互作用对不隔震和隔震桥梁的影响。研究表明:考虑桩-土相互作用对该桥梁隔震前、后的地震响应都具有较大的放大效应,非线性有限元桩桥梁模型的放大效应大于M法桩的桥梁模型;三种模型的隔震率相差不大,不考虑桩-土-桥梁结构相互作用不会对隔震率产生过大估计。     

考虑波动效应的SH简谐地震波作用下单桩水平振动研究

借助于土体的一维波动模型求解了SH简谐地震波作用下土层的水平振动,从三维轴对模型出发考虑桩周土的水平波动效应,通过引入势函数并运用分离变量法在考虑桩–土相互作用的情况下求解了SH简谐地震波作用下由于桩土相互作用引起的土层的径向位移、水平位移以及土体对桩基的水平作用力,并在此基础上建立了SH简谐地震波作用下桩基的水平振动方程,借助于三角函数的正交性和桩–土接触面处的连续条件求得了桩基的水平位移。借助于放大因子的概念研究了SH简谐地震波对桩顶水平位移的影响。研究表明：SH简谐地震波作用下桩基的动力响应存在有共振现象;放大因子随频率的变化曲线存在3个峰值,前两个峰值相对较大;当桩土模量比较大时桩土模量比对放大因子几乎没有影响。     

考虑土-桩-结构相互作用下的生态复合墙结构pushover分析

基于能力谱方法应用子结构原理对天然地基上带群桩基础的生态复合墙结构进行平面的静力弹塑性（Pushover）分析。建立弹簧单元模拟群桩基础,采用Davies方法确定桩的刚度;基于刚架-等效斜撑力学模型,提出考虑土-桩-生态复合墙结构共同作用的整体分析模型,并对比分析在不同地震烈度作用时土-桩-结构的共同工作问题。计算结果...     

Shaking table test and theoretical analysis of the pile–soil–structure interaction at a liquefiable site

Pile foundations are widely used to support high‐rise buildings, in which piles transmit foundation loads to soil strata with higher bearing capacity and stiffness. This process alters the dynamic characteristics of the pile–soil–structure system in seismically active areas, especially at a liquefiable site. A series of shaking table tests on liquefiable soils in pile group foundations of tall buildings were performed to evaluate the liquefaction process and dynamic responses of the pile, soil, and structure. The soil was composed of two layers: the upper layer was a clay layer and the lower layer was saturated sand. These layers were placed in a flexible container that was excited by El Centro earthquake events and Shanghai Bedrock waves at different levels. The test results indicate that the pore pressure ratio is gradually enhanced as the amplitude of the input acceleration increases. The liquefied sand has a filtering effect on the vibration with a high frequency and an amplified effect on the vibration with a low frequency. With increased excitation, contact pressure and strain amplitudes of the pile increase, whereas the peak acceleration magnification coefficient decreases. The seismic responses of a structure with pile–soil–structure interaction are generally smaller than those on a rigid foundation.     

地基–结构动力相互作用体系中数值仿真的研究

 采用数值仿真试验进行结构地震反应的理论和计算分析,将理论分析结果、振动台试验结果和计算机仿真结果三者结合起来,研究和分析地基–结构动力相互作用及其抗震性能。通过数值模拟,解决试验中土压力盒损坏的问题,得到地震动激励下桩–土接触压力峰值的数据,并由此分析桩–土接触压力的大小及其分布规律,提出桩基上的支盘是基础减振的主要构件,并承受动荷载,减轻地震波对上部结构的冲击力,同时消耗上部结构反馈给基础的振动能量。承台和桩基两侧的土压力时程曲线呈反向关系,说明基础在同一时间一侧受压,另一侧受拉。产生这种现象的原因是由于框架结构和承台下的桩–土在振动时的相互作用,并由此导致承台出现转动效应、建筑物产生倾倒的现象。