桩–土动力相互作用问题中桩身刚度的影响效应研究

 通过开展2类刚度差异较大的桩基础的离心机动力模型试验,系统地讨论柔性桩和刚性桩的地震反应差异,以及周围土体对桩体的不同作用效应。对于柔性桩,周围土体的作用主要体现在对桩的约束效应上;然而对于刚性桩,土体更大程度上对桩体施加附加惯性力的作用,以致桩筏基础的周期明显高于无土时的周期;针对柔性桩和刚性桩显著的地震反应差异,巧妙地提出用桩筏结构自振频率 界定两者的行为,可为今后类似研究提供参考。     

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。     

桩间距对桩筏基础结构性能影响的模型试验研究

 为研究桩间距对桩筏基础结构性能的影响,设计并进行不同桩间距的桩筏基础系列模型试验。结果表明,设置不同的桩间距可调配群桩基础中桩与筏板的分担作用,调整桩筏基础的受力性能。常规桩距桩筏基础以桩为承载主体,地基土的荷载分担次之;当桩间距大于6倍桩径后,桩较早进入塑性支承状态,地基土分担荷载能力增强,桩与筏板荷载分担的主次作用发生转换,筏板逐渐转换为基础的承载主体。随着桩间距增大,筏板内力分布由整体弯曲过渡到以局部弯曲为主。桩筏基础桩顶荷载分布规律受桩间距的影响,随着桩间距增大,桩顶荷载由角桩最大逐渐转化为中间桩最大。建议桩筏基础设计方法应考虑桩间距设置对筏板与桩土体系相对刚度、筏板内力和桩顶荷载不均匀特征的影响。     

桩筏基础的设计计算方法及模型试验研究综述

总结了工程设计中桩筏基础的设计理论和方法、桩筏基础的模型试验研究现状,结合复合桩基的理论和设计方法,探讨了对桩筏基础的筏板受力性状研究的重要性,提出模型试验要多关注筏板的受力机理的建议,从而为设计积累经验。     

桩–土–桩相互作用影响的试验研究

通过大比例尺模型试验、工程实测结果与弹性理论解进行对比,指出弹性理论解夸大了桩–桩、桩–土、土–土相互作用影响,造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性和筏底地基土反力的不均匀性。据此,建议进行上部结构–基础–桩土共同作用的分析计算时,必须充分估计弹性理论解与真实值的差别,以工程实测和试验数据为基础对弹性理论解进行修正,方可获得较满意的计算结果。     

桩–土–隔震结构相互作用地震响应分析

本文在Penzien模型的基础上,建立了隔震结构考虑桩土相互作用(SSI)的计算模型,推导了其运动方程,分析了桩土相互作用对隔震结构的影响,同时,对地震动自由场输入和桩端输入对隔震结构的影响进行了比较。分析结果表明桩土相互作用对隔震结构地震响应有一定影响,但其影响比非隔震结构小得多,因而,在一般的隔震结构设计中,可以不考虑SSI的影响。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

大型振动台模型试验是目前研究土 -结动力相互作用的一种极其有效的手段。以 1976年唐山地震中倒塌的胜利桥为原型 ,开展 1∶10模型的液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 ,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象 ,并且模型桩的试验破坏状况与其原型的实际震害情况也比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题 ,以飨同仁。     

桩—筏复合基础的分析与设计

桩－筏复合基础是中高层建筑通常采用的基础形式之一。根据地基土的力学特性，分析了桩和承台共同承担上部结构的条件，通过工程实例，提出了桩－筏复合基础设计的具体方法。     

筏板与桩基础的竖向动力相互作用

本文考虑了土的成层性和沿深度有变化的特性,将土层沿深度离散形成一系列均质的土层,各土层视为满足平面应变假定,应用传递矩阵法推导出单桩的动力阻抗;借助推求的桩-桩动力相互作用因子,来考虑群桩的桩-桩动力相互作用影响;通常研究承台板与群桩的竖向动力相互作用时假设承台板是刚性的,本文充分考虑了承台板具有一定的刚度、可以变形的柔性特征;并提出承台板-群桩动力相互作用模型,然后推得其动力相互作用方程。通过算例说明了承台板的刚度对承台板的动力作用是有影响的。研究表明,振动频率越低,柔性承台板的振幅与刚性承台板的振幅相差越大;随着频率的增大,两者差别也减小,并逐渐趋于相等。在承台板发生共振时,桩的反力出现明显的峰值,而且柔性承台板比刚形承台板的峰值大得多。     

成层地基–桩基–结构动力相互作用体系的计算分析

以一个1∶2大比例模型结构–地基的动力相互作用模型试验为基础,结合通用有限元程序MSC.Marc,对成层地基–桩基–结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中采用考虑土非线性特征改进的黏弹性人工边界模拟外部土域,利用考虑动力相互作用中桩土分离、滑移以及桩基提离效应的接触模型反映桩土接触界面特性,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗,土体采用等效线性模型。通过计算分析与试验的比较研究,验证了计算模型和分析方法的合理性,进行了地震动输入下的地震反应分析,为地基–结构动力相互作用的进一步研究奠定了基础。     

桩筏基础在上下部共同作用下的极限分析

桩筏基础是目前高层建筑最常用的基础形式,在上下部共同作用下,桩筏基础的内力分析目前通常限于弹性分析范畴.本文视桩基、筏板和上部结构为整体,从能量原理出发,引进上下部同步破坏优化设计准则,建立了一套桩筏基础在考虑上下部共同作用下的极限分析计算方法,并通过二个桩筏工程的极限分析以及实测对比,说明本文方法的合理性与可靠性.     

软土地区桩筏基础桩顶反力监测分析

桩筏基础已成为软土地区高层建筑常采用的基础形式。由于设计计算边界条件的不确定性、假设条件缺乏一定的合理性等,常导致研究结果与现场实测的误差较大。通过对软土地区高层建筑桩筏基础桩顶反力的长期监测、分析和研究,发现随工程建设的推进,该基础桩顶反力在底板浇筑时增长很快;在底板浇筑完毕后较稳定,且沿基础所在面中心的相互垂直的长、短轴线方向均呈马鞍状分布。     

刚性基础与柔性基础下复合地基模型试验对比研究

通过设计和完成刚性基础与柔性基础下水泥搅拌桩复合地基模型对比试验,得出两者在桩体荷载集中系数、桩土荷载比、桩土应力比等方面的显著差异,并对两者的破坏机理等进行了研究.     

软土地区大型桩筏基础原位试验研究

结合某造船基地船台、横移区大型桩筏基础原位载荷试验,对试验过程中筏板变形、桩顶反力、不同深度土中附加应力、深层分层沉降进行详细监测,通过实测数据统计分析得出桩筏基础的一些受力变形规律,同时也对试验中一些问题进行讨论,指出现有监测设备存在的问题,积累了软土地区桩筏基础试验经验。     

软黏土的动力损伤模型及其应用

基于静力各向同性弹塑性损伤和Prevost模型的基本理论,把弹塑性等向硬化、运动硬化和各向同性损伤结合起来,推导了循环荷载作用下饱和软黏土弹塑性动力损伤本构模型。基于应变等效假设的古典各向同性损伤理论用单一损伤变量描述损伤状态,当土体发生损伤后,其泊松比保持不变且与初始无损伤状态一样,体积模量与剪切模量按同一规律变化,这与土体的力学特性不符。因此,建立了一个用双标量变量描述的各向同性弹塑性损伤模型并将其推广到动力分析中,分别考虑土的压缩损伤和剪切损伤,建立了与体积模量和剪切模量相对应的损伤演化方程。最后将该模型引入建筑物的震陷计算以检验模型的可靠性。     

软土地区群桩挤土效应模型试验研究

采用江苏沿海地区典型软土,通过模型试验,以3×3群桩为研究对象,研究了沉桩过程中的群桩挤土效应,分析了沉桩过程中土体变形和孔隙水压力的变化规律。试验结果对软土地区桩基工程施工具有实践价值和指导意义。     

软土地基加筋石灰土路堤离心模型试验数值模拟

 建立以离心试验几何尺寸的有限元数值模型,模拟变加速度加载下软土地基加筋石灰土路堤中的位移、土压力、孔隙水压力和加筋拉力随时间的变化规律,并与离心模型试验结果进行比较;同时,采用该数值模型计算了不加筋、加1,2层筋时路堤和地基位移情况。计算结果表明,加筋路堤沉降量、土压力、孔隙水压力和加筋拉力的计算值与离心试验实测值吻合很好或基本一致,表明该数值模型是合理的;不加筋路堤的中心沉降量和坡脚下地基水平位移比加1层筋时明显大一些,两者在加速度为100.0 g时地面坡脚处的水平位移差值达近2 mm,而加2层筋时位移与加1层筋接近。     

各向异性软黏土地基上浅基础破坏包络面研究

 根据已有的关于土体强度各向异性的表达式,针对基于Tresca屈服准则的理想弹塑性模型进行改进,使之可以考虑不排水条件下软黏土强度的各向异性,并在大型通用有限元软件ABAQUS中予以数值实施。联合应用swipe加载模式和固定位移比加载模式,对于条形浅埋基础在竖向荷载V、水平荷载H与力矩荷载M的复合加载条件下的承载性能进行比较系统的数值模拟,主要探讨地基土不排水强度的各向异性、竖向荷载水平对于浅基础在H-M荷载空间内的破坏包络面的影响。首先进行浅基础分别在竖向、水平与力矩荷载单独作用下极限承载力的计算,并与已有结果进行对比。进而对于不同竖向荷载水平下浅基础在H-M荷载空间内的破坏包络面特性进行分析。计算结果表明：当浅基础埋深与宽度之比较大或基础承受三维自由度加载时,swipe加载模式得到的加载路径比真实的破坏包络面明显偏小;对于给定埋深的浅基础,其包络面的大小与地基土强度的各向异性与竖向荷载水平都有关系,而在归一化荷载平面内,包络面形状主要受到竖向荷载水平的影响,而与地基土强度的各向异性无关。     

动力排水固结法处理软土地基孔压和变形问题研究

通过动力排水固结法处理饱和软粘土地基现场试验测试数据。寻求动荷载作用下饱和软粘土的孔压和变形的发展规律。发现同一深度土体超静孔隙水压力的消散与变形具有一致性关系。对动力排水固结法加固淤泥类软土地基的作用机理研究和工程实践具有指导意义。