水平荷载下群桩前后土抗力分布的数值分析

群桩基础是土木工程中主要的基础形式之一。利用由竖直桩组成的群桩基础来承受水平荷载已经十分广泛 ,桩前桩后土抗力分布特性是水平荷载下群桩受力变形特性的一个重要组成部分 ,过去的研究主要是通过实验方法和理论分析来进行的。本文用空间 2 0节点有限元进行近域土和桩的分析 ,对远域土采用空间 1 2节点无限单元 ,在桩土接融面引入空间1 6节点接触面单元 ,从而用有限元 -接触面单元 -无限元的耦和方法将群桩和土体作为一个整体进行弹塑性分析。分析中用修正剑桥模型进行近域土体的模拟 ,对桩土接触面及远域土体进行非线性分析。分析结果表明 ,本文的分析能较好的揭示水平荷载下群桩桩前、桩后土抗力的分布特性     

竖直荷载下群桩受力变形特性弹塑性分析

群桩作为桩基的一种主要形式 ,其受力变形特性的研究一直受到人们的重视。过去的研究主要是通过实验方法和理论分析来进行的。本文用有限元进行近域土和桩的分析 ,对远域土采用无限单元 ,在桩土接触面引入 Goodman接触面单元 ,从而用有限元——接触面单元——无限元的耦合方法将群桩和土体作为一个整体进行弹塑性分析。分析中用修正剑桥模型进行近域土体的模拟 ,对桩土接触面及远域土体进行非线性分析。分析结果表明 ,本文的分析与实测基本吻合 ,说明本文的耦合方法能对群桩的受力变形特性进行较好的模拟     

竖直荷载下群桩受力变形特性弹塑性分析

群桩作为桩基的一种主要形式,其受力变形特性的研究一直受到人们的重视。过去的研究主要是通过实验方法和理论分析来进行的,本文用有限元进行近域土和桩的分析,对远域土采用无限单位,在桩土接触面引入Goodman接触面单元,从而用有限元-接触面单元-无限元的耦合方法将群桩和土体作为一个整体进行弹塑性分析,分析中用修正检桥模型进行近域土体的模拟,对桩土接触面及远域土体进行非线性分析。分析结果表明,本文的分析与实测基本吻合,说明本文的耦合方法能对群桩的受力变形特性进行较好的模拟。     

群桩复合地基工作特性的有限元、无限元耦合分析

以九桩CFG桩复合地基为例,采用桩和近域土体用有限元分析,桩土之间加设接触面单元来模拟桩土之间的相对沉降,远域土体采用无限单元来模拟,混凝土单元和无限单元采用弹性分析,近域土体采用Duncan-zhang模型(E-U模型)来模拟九桩群桩复合地基的工作机理进行了系统的分析。     

群桩工作机理的数值分析

对桩和近域土体采用有限元分析,桩土之间加设接触面单元来模拟桩土之间的相对沉降,对远域土体采用无限单元来模拟。混凝土单元和无限单元采用弹性分析,近域土体采用K~G模型及Duncan-zhang(E~μ)模型来模拟九桩低承台群桩的工作机理,并与实测值相比较、分析,证明方法是合理的。     

软土地基桩侧负摩阻力三维非线性数值分析

考虑软土地基中桩土体接触面效应，建立了桩土体相互作用分析三维非线性有限元模型，并重点模拟分析了某典型软土地区桩土荷载传递性状以及桩体特性、土体特性、桩土接触面参数、土体结构性及堆载等因素对负摩阻力的影响规律。模拟结果可为类似条件下桩基础的设计及施工提供有益的参考。     

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。     

软土地基桩侧负摩阻力三维非线性数值分析

考虑软土地基中桩土体接触面效应,建立了桩土体相互作用分析三维非线性有限元模型,并重点模拟分析了某典型软土地区桩土荷载传递性状以及桩体特性、土体特性、桩土接触面参数、土体结构性及堆载等因素对负摩阻力的影响规律。模拟结果可为类似条件下桩基础的设计及施工提供有益的参考。     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

某大型哑铃型承台群桩基础与土体共同作用竖向承载变形特性数值模拟分析

用ANSYS对某特大桥索塔哑铃型承台群桩基础与土体共同作用进行了三维弹塑性有限元分析。利用桩土界面间水平方向位移相容,桩土界面间竖向设置双曲线本构方程的弹簧,能较好模拟竖向荷载作用下特大型群桩基础桩土间相互作用。分析结果表明,数值分析所得承台沉降与承台荷载的关系曲线、桩顶轴力分布、桩顶轴力随承台荷载变化的关系曲线,与其离心模型试验实测成果较一致。在用离心模型试验成果验证数值分析的正确性下,用其数值分析成果进一步深入分析群桩基础的承载变形特性。     

运营期船桥碰撞时大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性

对某特大桥运营期承受船撞荷载时的索塔哑铃型承台群桩基础与土体相互作用进行了三维弹塑性静态有限元分析。桩土界面间设置三向的弹簧,横桥向与纵桥向和竖直方向的弹簧分别模拟水平荷载和竖向荷载下桩土相互作用,以便能较好模拟竖向荷载与水平荷载共同作用下大型群桩基础受力变形特性。比较研究分析了索塔哑铃型承台群桩基础最大冲刷方案和护底方案在船撞击时桩身轴力分布、桩身水平剪力分布及桩身弯矩分布等特性,并与其离心模型试验成果进行了比较。结果表明:护底方案在桩身弯矩等方面远比最大冲刷方案的小而表现出能较好抵御船撞荷载。     

用非线性有限元分析倾斜荷载下的群桩基础

采用接触面单元来考虑荷载作用下桩与土体及承台与土体间的滑移、开裂,在应用桩的等效宽度概念将空间问题简化为平面问题后,开发出能考虑桩周土弹塑性及连续性等因素的倾斜荷载下群桩内力及位移分析的计算机程序,最后通过实例分析说明利用非线性有限元对倾斜荷载下群桩进行分析的方法.     

损伤模型接触面单元在有限元计算分析中的应用

简要介绍了接触面损伤模型 ,推导了接触面单元的有限元格式 ,编制了平面和轴对称问题有限元计算程序 ,对土与结构相互作用问题进行了有限元分析。对单个接触面单元进行了有限元计算 ,与损伤模型理论解比较 ,验证了计算程序的正确性。对不同边界约束条件的土工织物拉拔试验和桩土相互作用问题进行有限元计算 ,对接触面非线性模型和损伤模型的计算结果进行比较。计算结果表明 ,损伤模型能够反映土与结构物接触面剪切过程中的应变软化和剪胀特性 ,较非线性弹性模型接触面单元有显著的优越性 ;土体与结构物刚度、边界约束等条件对土与结构相互作用有明显的影响 ,这些影响在桩基础、加筋土与周围土体相互作用等问题的研究中必须加以考虑。     

水平荷载作用下钢筋混凝土桩的损伤断裂研究及其桩土共同作用全过程分析

在分析研究国内外有关水平荷载桩桩土共同作用分析方法以及研究状况的基础上,对桩身混凝土的损伤与断裂以及钢筋对混凝土损伤断裂微裂纹扩展的约束影响进行了深入地研究;建立了在水平荷载作用下桩土体系共同作用下非线性全过程分析的耦合数值模型.(1)分别用有效应力和应变表示的损伤演化规律对圆截面混凝土桩的抗弯损伤进行了分析和推导,得出了桩的破坏极限弯矩的表达式.(2)提出了混凝土损伤变量的新的定义形式,并将损伤分析与断裂力学分析联系起来;首次运用裂纹线场分析方法对混凝土中的微裂纹进行了分析;得出了裂纹线上损伤断裂区无量纲长度与无量纲拉伸应力之间的关系、不同微裂纹间距所对应的最大荷载以及混凝土桩抗弯的损伤演化方程;分析了混凝土内微裂纹密度变化对混凝土损伤断裂的影响,并对混凝土桩的抗裂度计算进行了讨论.(3)分别采用裂纹线场分析方法和应力强度因子分析方法研究了混凝土桩中配置钢筋对混凝土裂纹扩展的约束作用,其中首次推得了有限宽混凝土板中心裂纹在裂纹面任意位置受一对拉力的应力强度因子解析表达式;得出了约束效果与钢筋截面积、钢筋弹性模量、混凝土弹性模量、钢筋间距大小和初始微裂纹长度等有关的解析表达式;分析了钢筋对混凝土裂纹扩展的止裂作用.(4)利用截面条分法对圆截面钢筋混凝土桩进行数值计算,得出了在不同截面配筋率和不同损伤模式下钢筋混凝土桩的弯矩-曲率关系和桩身刚度随弯矩增大而减小的非线性全过程曲线.(5)建立了一种空间的20节点有限元、12节点无限元及16节点接触面单元相耦合的数值计算模型,针对水平荷载作用的桩土体系编制了相应的包括3种材料和4种非线性本构关系融为一体的耦合数值模型计算程序,可以模拟计算桩身混凝土损伤断裂引起的刚度降低和桩周土体不同应变软化模式对桩身水平位移的影响.(6)利用所编制的程序,对一个水平荷载长桩实例和一个短桩算例进行了计算,得出了不同水平荷载和不同土软化模式下的桩身水平位移曲线、桩身弯矩分布、桩前土抗力与桩后土抗力沿桩长的分布、桩前地面水平位移与竖向隆起位移沿桩径向远方的衰减曲线、桩后土体与桩分离随水平荷载的关系等结果,并据此分析了桩土体系受荷全过程的机理以及破坏规律.(7)对桩基规范常取桩的地面水平位移为10或6mm所对应的水平荷载作为桩的水平承载力的情况与本文水平荷载桩的全过程计算结果的比较分析表明桩身水平位移取值对桩的水平承载力影响是敏感的.     

复合桩基桩土非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS软件对常规桩筏基础(3d桩距)和复合桩基(6d桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板-桩-土的非线性接触特性,采用Mohr Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降、桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况。分析结果表明,6d桩距群桩中基桩的承载能力很快发挥到极限,后续荷载交由承台下土体承担,有更多的天然地基承载表现,6d桩距群桩的桩间土绕桩滑动的趋势较3D桩距群桩的要强。分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

竖向荷载作用下深层搅拌桩复合地基三维有限元分析

本文采用三维有限元－无限元耦合的方法对深层搅拌桩复合地基进行分析,并采用邓肯一张模型,Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ模型和线弹性模型分别对近域土体,褥垫层,远城土体,桩体和承台板进行计算分析,结果表明,本文的三维有限元数值分析方法能够的深层搅拌桩复合地基的受力机理和变形特性进行较成功的地分析。     

竖向静载下群桩承载力及变形分析

以群桩基础为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS 15.0,考虑桩土界面接触摩擦作用,对地基土的受力、变形进行分析,得到了群桩的承载力及土体沉降。同时研究了承台、群桩、土体相互作用下荷载的传递规律,可作为实际工程计算的参考。     

疏桩基础的受力性状分析

在桩土之间设置接触面单元对疏桩基础(桩间距≥6d)用有限元法进行分析.考虑筏板、桩与地基之间相互作用,建立三维的相互耦合的20节点实体单元-16节点接触面单元-8节点板单元数值计算模型,分析桩长、桩间距以及筏板厚度对疏桩基础的受力影响.得出一些规律性结论,便于认识疏桩基础的受力机理.     

随机地震激励下群桩-土-桥墩相互作用分析

考虑地震动的随机性,利用复反应分析技术,采用随机地震反应计算方法对某一特大型桥梁群桩基础与土动力相互作用效应进行了数值试验研究。将土与群桩体系视为一个整体进行有限元离散,采用等效线性化方法考虑土体的动力非线性性能。将桥墩-群桩-土相互作用体系与自由场随机地震反应进行比较,结果表明:相互作用效应的影响与桩土模量差异以及土体与群桩基础距离有关。软土层剪应变水平及分布发生了显著变化,群桩基础两侧附近土域剪应变呈现明显的弧形分布;地表及浅层土体最大地震加速度反应有所减小,但覆盖层中下部土体加速度反应峰值明显增大,增幅达5%~30%左右;此外,地震地面运动的频谱成分存在显著差别。桥梁桩基础抗震设计中应充分考虑桥梁结构-群桩-土相互作用效应。     

基于荷载传递曲线的大直径钢管桩水平受力特性分析方法

海上风电通常选用大直径钢管单桩基础。水平受力的大直径钢管桩桩截面转动引起的桩周土对桩的附加抗力作用较为显著,为考虑这部分附加抗力对大直径桩水平受力特性的影响,首先,提出适用于大直径钢管桩水平受力分析的修正文克勒地基梁模型,分别使用非线性弹簧模拟土和考虑剪切变形的C1型梁单元代表桩,假定桩单元内部土荷载传递曲线的割线刚度为线性分布,推导相应的有限元公式,形成考虑桩截面转动附加抗力作用的耦合法,并根据该算法编制程序。然后,基于现有的土荷载传递曲线使用耦合法对算例进行分析,以验证耦合法的合理性,并将其计算结果与仅考虑横向非线性弹簧作用的p-y法的计算结果进行对比分析。分析结果表明:耦合法可更好地预测大直径钢管桩的水平受力特性;大直径钢管桩桩身变形越接近于刚性转动,桩截面转动产生的附加土抗力作用越显著,当大直径钢管桩桩身变形接近于柔性变形时,桩截面转动产生的附加土抗力作用基本可以忽略。