土与结构接触面弹塑性损伤模型用于单桩与地基相互作用分析

基于粗粒土与结构接触面弹塑性损伤静动力统一模型(称作EPDI模型)建立了可用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。对接触面试验进行了模拟,采用不同的接触面本构模型及参数对单调和循环荷载作用下的单桩基础的侧摩阻力和桩顶位移进行了有限元分析。结果表明:包括剪应力应变关系和剪胀特性在内的接触面力学特性对桩土相互作用分析有重要影响,需要合理地加以描述。基于试验结果建立的弹塑性损伤接触面单元能够有效地用于土体与结构物相互作用分析,并能够合理地反映土与结构接触面的包括体应变及其与剪应变耦合特性在内的接触面主要静动力学特性。     

非线性土中单桩竖向动力特性分析

在Novak边界层模型基础上,将桩周土分为非线性粘弹性内域和线性粘弹性外域,采用随内域平均应变减小的剪切模量和增长的材料迟滞阻尼比近似考虑内域的非线性粘弹性,采用等效线性方法对端承桩与三维土层的竖向耦合振动进行了研究,得到了非线性土中单桩竖向动力阻抗函数。对动力特性进行算例分析,讨论了内域土非线性、桩长细比、桩-土刚度关系和密度比、材料阻尼、激振荷载幅值等因素对非线性土中单桩竖向动刚度和阻尼的影响,对进一步研究桩-土-结构动力相互作用机理具有理论价值和实践意义。     

土与结构接触面土体软/硬化本构模型及数值实现

基于土与结构接触面变形特性分析,将接触面土体的剪切滑动面与单元体三维应力状态下的八面体面相对应,通过土的三维弹塑性本构模型在八面体面上的剪切应力-应变关系,建立了接触面土体剪切应力-应变关系;将接触面土体法向压缩变形与侧限压缩条件相对应,通过侧限压缩条件下的荷载变形关系,建立了接触面土体法向应力-应变关系;进一步将接触面土体切向与法向耦合,建立了接触面土体本构模型,模型只有4个材料参数,参数物理意义明确,可由等向压缩试验和常规三轴压缩试验确定。与接触面土体试验结果的对比分析表明,所建立的本构模型可较好地描述接触面土体切向软/硬化特性与法向变形规律。结合有限元软件ABAQUS,编制了FRIC模型子程序,通过模拟土与结构界面剪切滑移过程表明,编制的FRIC子程序可较好地模拟土与结构界面接触的非线性力学行为。     

动力荷载作用下水-桩-土相互作用简化分析研究EI北大核心CSCD

针对近海结构单桩基础在动力荷载作用下发生复杂的水-桩-土相互作用问题,建立了三维水-桩-土全耦合动力有限元分析模型。土体、桩和水体分别采用实体单元和声学单元模拟,土体截断边界采用滚轴边界条件、水体截断边界采用无反射吸收边界条件,并确定了合理的截断边界位置;以全耦合分析模型计算结果为参考解,系统研究了四种动荷载作用下水-桩不耦合(两者界面自由)和水-土不耦合(两者界面自由)对桩体和海床表面位移和动水压力响应的影响,揭示了不同水深和桩体半径变化下不考虑两种相互作用的影响规律。     

分层土中群桩的竖向和摇摆动力阻抗计算

采用动力文克尔地基梁模型,在研究两桩竖向动力相互作用时,建立被动桩的运动方程,求得均匀土中竖向动力相互作用因子的解析解。在各分层土中建立单桩竖向振动微分方程,利用各分层土之间桩身的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。采用三步法计算分层土中桩基竖向动力相互作用因子,结合单桩竖向动力阻抗和相互作用因子求解群桩竖向和摇摆动力阻抗。通过算例分析,得到一些有意义的结果和结论。     

分层土中单桩和群桩的水平动力阻抗计算

采用文克尔地基梁模型,在各分层土中建立单桩水平振动微分方程,利用各分层土之间桩的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。结合单桩动力阻抗和相互作用因子求解群桩水平动力阻抗。根据能量守恒原则,利用桩的水平静载变形曲线求取分层土等效为均匀土层的参数,提出将分层土等效化为均匀土近似计算单桩和群桩水平动力阻抗的方法,通过算例分析,得到一些有意义的结论。     

SH波作用下液化土中桩-土-上部结构的动力相互作用

以桩-土相互作用的Winkler模型为基础,将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为刚性质量块,研究了桩基底土体承受垂直入射简谐SH波作用的液化土层中桩-土-上部结构系统的动力特性。考虑土体的自由场位移以及上部结构质量、转动惯量和桩轴向压力的二阶效应,建立了液化土层中单桩-土-刚性上部结构系统的边值问题,并利用分离变量法得到桩变形的解析解。在验证理论模型和解析解合理性和有效性的基础上,分析了几何和物理参数等对桩头位移放大因子和动力放大因子的影响,研究结果表明:单桩-土-上部刚性结构系统存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头位移放大因子影响显著。随着土体液化程度的发展,单桩-土-刚性上部结构系统基频、桩头动力放大因子和桩失稳临界荷载逐渐减小。     

考虑桩-土-结构动力相互作用时高层建筑风致振动的响应计算

本文推导了考虑桩土结构动力相互作用时高层建筑在脉动风荷载作用下的运动方程。然后根据国家规范提供的参数及风洞试验得到的形状系数,推导出脉动风速及风压之间的关系,求出脉动风荷载的时程。利用该荷载对某超高层建筑的动力响应进行了计算。计算结果表明：桩土结构动力相互作用对高层建筑的风致振动响应的影响是明显的,应当引起重视。     

瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩竖向动力响应计算研究

在前人对瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩动力响应简化算法研究的基础上,将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到该领域的研究中,得到了单桩竖向动力响应的计算公式.在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩竖向响应的影响,并与原简化公式的结果进行了对比.     

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明：考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。     

人-板耦合系统动力特性研究

基于单自由度的人体模型,将分布人群简化成均匀连续分布的质量-弹簧-阻尼系统,并考虑楼板的阻尼,建立了有阻尼的分布人群-薄板耦合系统模型。分析了薄板与人体的频率比及人板质量比等参数对耦合系统动力特性的影响。以四边简支的均质矩形薄板为例,用有限元方法对该文结论进行了验证。研究成果可为人与结构相互作用及结构的人致振动分析提供参考。     

土-箱基-框架结构动力相互作用大比例模型野外试验研究

通过野外大比例(1∶2)结构模型动力试验,研究了土与箱基及框架结构动力相互作用。分别用脉动和牵引释放法测试了试验模型的自振频率及阻尼比,通过三维有限元计算理论值与现场实测值的对比发现,考虑土-结构动力相互作用(SSI)时模型自振频率比不考虑SSI作用时模型第一阶自振频率最大降低8.5%。从牵引释放试验中基础测点和地面测点速度频谱对比可以发现,地面测点振动以纵向运动为主,并且与土体特征频率接近的高频分量得到加强。由近场地面爆破振动试验可知,对于高柔框架结构,其顶部速度反应主要是由基础转动引起的摇摆分量组成,上部结构弹性变形次之,基础平动分量最小。试验为进一步研究具有埋置基础的土-结构动力相互作用提供了计算实例和丰富的试验对比数据。     

考虑桩土耦合作用时弹性支承桩纵向振动特性分析及应用

从三维轴对称角度对弹性支承桩与均质土耦合作用时的纵向振动特性进行了研究分析.假定桩为竖直弹性均匀截面桩,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼,首先通过对土层进行求解得到其振动位移形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了弹性支承桩在谐和荷载作用下频域响应函数解析解,并利用所得解对土层动力反应特性以及桩土体系的振动特性进行了分析,得到了一些新的结论,最后将该理论解与桩顶实测导纳曲线进行了拟合比较,两者较为一致.     

大比例模型结构-桩-土动力相互作用试验研究与理论分析

介绍了一个土-桩-框架结构1/2比例模型动力相互作用野外试验研究,通过对模型进行地脉动测试得到了其基频,并分别在忽略重力、欠人工质量、人工质量三种工况下进行了模型的顶部牵引激励试验和顶部机械激励试验,且在时域和频域内分析了试验结果,得到了一些有益结果。此外,研究了考虑土体动力非线性特征的粘弹性人工边界,提出了考虑桩土动力相互作用中桩土分离、滑移以及基础提离效应的接触模型,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗。建立了试验模型结构的三维有限元分析模型,通过对模型试验的模拟计算验证了有限元模型的可靠性,进而进行了不同地震动输入下的地震反应分析,总结了一些规律性结果。     

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明：土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(Ld=10d～15d);当桩身长径比在L/d=5～10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。     

非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究

该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明：在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。     

高层建筑—地基动力相互作用半解析法的研究

提出一种上部结构有限条法、地基（土）特解边界元法相结合的半解析方法，首次建立了这一力学模型在频域内的运动方程，并编制了求解结构－地基动力相互作用的程序。通过计算有关算例，并与ＳｕｐｅｒＳＡＰ程序计算结果进行比较，证明本文的基本理论和计算程序是正确、可行的。     

成层地基与浅埋结构物动力相互作用的简化分析

基于任意侧向位移下挡土墙地震土压力理论,建立了新的地基-浅埋式结构物相互作用力与其相对位移之间的关系,并对该关系加以推广,应用到成层地基及深基础情形。提出了一种实用的求解成层地基-浅埋式结构物动力相互作用的简化质-阻-弹模型,该方法概念简单合理,参数确定简便,不需迭代,计算量小,可适用于以下情形:1) 结构物可视为粘弹性介质;2) 地基和浅埋式结构物可简化为一维运动;3) 结构物运动对土体运动的影响忽略不计。