竖向动荷载作用下端承型群桩动力相互作用解析解

基于平面应变假定,建立了考虑被动桩散射效应的桩–土–桩竖向耦合振动响应分析计算模型。依托该计算模型,首先求解土体控制方程,得到桩周土纵向位移表达式、桩周土纵向复阻抗以及土体位移衰减函数,然后基于严格的桩–土耦合作用,求解外荷载作用下的主动桩位移和由主动桩振动产生的被动桩位移,并求出由被动桩振动产生的主动桩位移,由此得到考虑被动桩散射效应的桩–桩动力相互作用因子。基于求得的修正桩–桩动力相互作用因子,建立考虑被动桩散射效应的群桩竖向动力刚度矩阵,结合桩帽性质及叠加原理,推导得到竖向动荷载作用下的群桩竖向动力响应解析解。基于所得解进行算例分析表明：退化解与已有文献解吻合很好,验证了解的合理性;被动桩的散射效应对小间距群桩的振动响应有不可忽视的影响;桩间距和桩长径比对桩–桩动力相互作用因子、群桩竖向动阻抗有显著影响。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

桩–土界面摩擦对静压桩挤土效应的影响分析

采用合适的土体屈服准则及有限变形理论，通过在桩–土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了符合压桩实际的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的挤土位移场，讨论了桩–土界面不同摩擦情况对沉桩产生位移场的影响。并对桩–土相互作用及水平向孔扩张的2种有限元模型进行了对比，结果表明，考虑桩–土相互作用及其摩擦情况是正确模拟静压桩挤土效应的关键。     

列车荷载下螺杆桩复合地基动力特性及承载性状试验研究

通过进行模拟列车荷载下铁路螺杆桩复合地基的室内模型试验，测试在列车多运作模式下桩–土系统的动应变、动土压力、累积位移特征；分析螺杆桩–土系统在列车荷载下的动力响应时频域特性，并进一步探讨在不同时速条件下的桩–土受力变形程度的相关性。基于线性拟合方法建立桩土动应力比与列车运行时速的经验关系。结合桩–土荷载分担关系、桩体动轴力及桩侧动摩阻力的综合考虑，揭示列车动荷载下螺杆桩–土的相互作用关系及荷载传递机制。结果表明：(1)在列车动载作用下，螺杆桩螺纹段变形程度大于直杆段，尤其在变截面处易产生变形破坏。(2)在普速、快速、高速行驶条件下优势频率分别集中在2～6,8～11,14～16Hz，随着列车时速的增大，主导频率趋近于列车自振频率，频带宽度减小。(3)螺杆桩复合地基的动力特性与列车运行时速存在高度相关性。(4)螺杆桩复合地基加固作用下，铁路地基临界速度在280 km/h左右，相对普通桩加固地基提高了29.62%。(5)列车运行时速越快，在桩土复合地基中土体承载发挥作用变大，而桩体承载发挥作用减小，造成桩土协同作用性能降低。研究成果对铁路螺杆桩复合地基的设计优化及列车运营时速的规划具有一定参...     

基于流–固耦合的近海风电基础地震反应分析

结合近海风电单桩及四桩基础支撑体系工程实际场地资料,采用有限元数值分析方法,考虑水–土–结构动力相互作用,即考虑流–固耦合效应、饱和土的多孔介质渗流属性及桩–土接触相互作用,分析结构体系动力特性及地震反应。分析单桩有水与无水及四桩有水与无水4种工况支撑体系的自振特性和单桩有水与无水2种工况支撑体系的地震反应。结果表明:水层对结构低阶频率影响不大,对高阶频率降低幅度较大;水层对体系的水平位移、竖向沉降、峰值加速度及有效应力均有不同程度地削减;地震作用下土体的超静孔隙水压力呈现波动特性;结构的位移及应力响应均能满足规范要求。证明考虑多介质耦合的动力有限元分析方法是解决复杂海上风电基础地震响应的有效方法。     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。     

水平振动荷载作用下支盘桩模型试验研究

基于自行设计的桩-土动力相互作用模型试验装置,对2根承力盘位置不同的模型支盘桩施加强烈水平振动荷载,采用数字式变频仪控制荷载频率,通过不同弹簧的刚度系数实现不同大小的荷载级别,分析不同激振频率和激振荷载作用下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。试验表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高;随着激振荷载的增大,支盘桩的动力响应随深度增加逐渐减小,反弯点位置逐渐下移,桩身的最大动弯矩发生在距桩顶1/3左右深度处。承力盘的设置改变了桩身的变形和受力状态,能够提高桩身平衡弯矩的能力,是对桩基的结构优化设计,且承力盘设置在桩身靠上有利于水平动承载力的提高。     

基于PIV技术与分形理论的桩–土系统水平循环受荷模型试验研究

单桩基础作为涡轮风机常用的基础形式之一，常受周期性横向荷载的作用，这将导致桩–土系统动力响应的变化。通过改变土体相对密实度与粒径大小2个参量开展一系列室内模型试验，探究水平循环荷载作用下单桩基础的内力变化及累积变形特性，并利用PIV技术及分形理论分析桩周土体周期性的运动规律。试验结果表明：(1)循环荷载对于桩身弯矩的影响较为显著，随着循环次数的增大，桩身弯矩值随之减小，减小的幅度随土体相对密实度的增加而增大；同时，桩周土体粒径越小，桩身产生的弯矩相对较大。(2)桩基整体绕桩身一点做刚性转动，土体的相对密实度越高，桩身累积变形越小；砂–钢接触面的界面摩擦角受到土体粒径的影响，土体粒径越大，界面摩擦角越小，桩身的水平累积位移越大。(3)表层土体位移范围随土体相对密实度的增加而减小，而粒径大小对于土体位移场的影响较小；随着加载的进行，桩后土体位移影响范围增加，而桩前土体影响位移范围减小，桩周沿加载方向的部分土体会发生对流运动。(4)桩周土体位移场具有分形特征，分形维数值随着土体相对密实度的增加而减小，大小在1.18～1.42范围；分形维数与土体位移场面积之间呈现正比例线性关系，而与循环次数之...     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

桩–筏–土体系的地震软化行为及ABAQUS模拟研究

通过开展离心机动力试验,充分揭示在地震荷载的持续作用下,土体将发生一定程度的软化,表现为周期的持续增大;然而基础(筏板)周期和桩身弯矩包络图几乎不发生改变,说明整个桩–筏结构在地震作用下的行为不会类似于土体发生软化(恶化的现象),而是能持续保持稳定,其动力行为主要取决于自身特性如桩身刚度和上部结构传递给筏板的荷载水平(惯性)等,同时土体的动力软化效应对桩–筏结构的影响很小。为了验证试验结果的正确性和合理性,采用ABAQUS 6.9程序对试验结果进行计算分析,土体模型包括软件内嵌的Hypoelastic非线性模型和所开发的考虑动力降强效应的HyperMas用户子程序模型(UMAT)。计算结果符合试验实测结果,尤其能准确地捕捉桩身最大弯矩值和周期等重要的工程设计参数。且有侧重于基础单元的地震响应分析,非降强模型和降强模型的计算差异很小,再次说明土体软化对既有桩–筏结构影响很小,但采用非降强模型计算更为快捷、高效。     

桩土作用对渡槽动力特性影响分析

现有的渡槽数值研究中,都将结构底部作刚接的简化处理,人为地增大了结构的刚度,与实际情况不相符合.本文基于势流体假设建立渡槽-水流固耦合二维联体式渡槽模型,分别计算比较刚性地基约束情况和考虑桩土作用的弹性地基约束情况下的渡槽结构在不同水深工况下的计算结果,分析各工况下土-结构相互作用的影响变化.结果表明,槽内水体作用和槽底桩土作用均使结构自振频率降低,并且前者对后者的影响不容忽视.     

广义位移法在土-结构相互作用问题分析中的应用

对目前土 -结构相互作用的有限元法数值建模中的若干不足进行了评述。通过深入分析土 -结构相互作用的力学机制 ,指出 :在相互作用体系中 ,由于两者之间悬殊的刚度 ,接触界面上公共节点的位移将受到结构本身变形性态的影响 ,在假设接触界面变形协调的前提下即是要求这些点的位移都应服从结构体变形的位移模式 ;因此 ,土 -结构相互作用整体有限元数值模拟的关键在于如何较好地反映由于土中结构体刚度条件而导致的、对周围土体变形所施加的一种约束条件。针对桩 /板筏与地基土的两类土结构相互作用问题 ,根据梁、板的工程弹性理论分别建议了桩 /筏基础结构的广义位移模拟方法。     

加筋效应对群桩沉降计算的影响

通过分析论证 ,指出在计算分层土群桩沉降时 ,应考虑桩对土的“加筋效应” ,以改善目前弹性理论分析方法中过高估计桩与桩相互作用而导致沉降计算值偏大的缺点 ,使计算结果更接近实际     

桩基-结构体系的地震响应分析

通过确定桩间动力相互作用因子的近似方法，建立了群桩基础在水平和转动振动相耦合时的动力阻抗矩阵，并讨论了桩－土－结构系统地震响应分析的简化计算方法。算例表明，这一简化方法具有良好的计算精度。     

考虑上部结构作用的沉降控制复合桩基设计

介绍了上海中学体育馆微型桩复合基础的设计情况。针对其受力特点以及沉降控制的 设计要求,在设计中采用了一种适合这种基础的计算方法,桩基计算考虑了与上部结构的共同作 用。使分析的结果更能反应实际的情况。     

桩基承台考虑桩土共同作用分析

本文综合应用弹性半无限体的布西奈斯克应力解、明特林应力解及地基沉降计算的分层总和法理论，推导出桩基承台考虑桩土共同作用的计算公式，并用实际工程进行了验证。     

上部结构-筏-桩-地基共同作用分析

本文提出一种改进的、能够满足筏基自由边界条件的位移模式，用以分析上部结构-筏-桩-地基的共同作用。数值计算表明，该位移模式有很好的收敛性，特别适用于纯桩-筏基础，能大大减小计算工作量。     

地下水对土钉墙支护结构的影响分析

通过对水土作用与水钉作用机理的分析,提出了土钉墙支护设计中应注意的土体软化及渗流等问题,并对地下水的防治措施进行了总结,对工程实践具有重要意义。     

黄土地区高层建筑结构-桩-土共同作用的受力分析与数值模拟

通过对高层建筑上部结构 桩 土共同作用的分析 ,定量地说明了上部结构荷载在共同作用下形成重分布 ,荷载向边柱集中 ,形成“深梁” ,找出了黄土地区上部结构与基础共同作用的分布规律 ;利用差分法求出了基础梁产生的弯矩与剪力的表达式。其结果无论是在静力分析的定性规律上还是在其定量数值上均得到了与黄土地基测试结果较好的一致性 ,为黄土地基高层结构设计提供了依据     

综合管廊内各管线安全距离的理论研究

综合管廊作为城市地下空间开发利用的重要研究内容,是保障城市可持续发展的重要基础设施之一,我国已在全国各城市广泛开展城市地下综合管廊的规划与设计。笔者在总结国内外综合管廊布置现状的基础上,根据每种市政管线自身的特点和属性,初步分析了综合管廊内各管线间安全距离的四大影响因素,即管径、管压、管材和管内输送介质危害程度等,以及这四大影响因素与安全距离的逻辑关系。结合空间作用模型,运用负幂律距离衰减曲线,建立了管廊内各管线间的安全距离模型。并将此模型应用到某市华贯路管廊工程实例中,验证了该模型的实用性。其结果可以作为综合管廊是否分舱室布置的参考依据,以达到优化综合管廊截面形式的目的。