水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应

研究了在水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理,将桩看作是一维的弹性杆单元,采用Hankel变换及数值逆变换得到饱和土的基本解。利用桩土之间的变形协调条件和叠加原理得到饱和土中群桩的第2类Fredholm积分方程,采用动力相互作用因子的方法计算群桩在水平荷载作用下的动力阻抗,给出了群桩的阻抗、弯矩以及孔压的数值结果。该方法可用于计算层状饱和土中群桩的水平动力反应问题。     

饱和土中端承桩水平振动动力响应分析

基于Biot动力固结方程,研究了端承桩在饱和土中水平振动问题。引入势函数对方程解耦,采用算子分解及分离变量法结合桩土耦合条件得到简谐稳态水平振动下桩土动力响应的解析解。将本文解与等效单相解进行了对比,并阐明两解之间的关系。通过参数分析,表明渗透系数对桩土水平动力阻抗有一定影响,指出可等效成等效单相解的条件。     

考虑桩土局部分离的单桩水平瞬态响应分析

基于Novak薄层单元法和辐射应力理论,引入势函数解耦土体运动方程,结合桩土接触面混合边界条件,推导了Laplace域内桩、土位移的辐射应力解。引入Laplace数值逆运算的Durbin算法及基于EPAL的加速收敛算法,得到了时域上桩、土位移的瞬态响应。将计算结果与采用有限元法、边界元法和连续介质解的结果进行了对比,验证了考虑桩土分离的必要性和本文方法的有效性,并分析了桩土局部分离特性对桩和桩周土动力响应的影响。此外,通过参数分析,研究了考虑桩土局部分离时,桩土模量比和桩身长径比对桩身位移瞬态响应的影响。结果表明:桩土局部分离特性对桩身位移响应幅值和桩周土位移场分布影响显著,且对桩身位移响应在不同桩土模量比作用下的变化规律有一定的影响。桩土模量比对桩身位移响应影响较为显著,桩身长径比较小时,长径比对桩顶位移响应影响较大。     

基于Timoshenko-Pasternak模型的多向受荷桩水平动力响应分析

为弥补传统动力Winkler地基梁模型在单桩水平动力响应分析中的不足,基于Timoshenko梁理论和Pasternak地基理论,建立同时考虑土体剪切效应和桩身剪切变形的Timoshenko-Pasternak模型.首先,从土体三维波动方程出发,借助微分变换解耦土体方程,利用分离变量法结合桩土边界连续性条件求解桩周土水...     

无粘性土中水平荷载桩的地基土极限水平反力研究

本文针对前人推导的水平荷载桩地基土极限水平反力Pu的基本假设不尽合理和所得Pu过大、偏于不安全这一现象,对水平荷载桩地基土极限水平反力的形成特征和桩周土的应力状态进行了分析研究.并在此基础上按塑性理论推导获得了无粘性土中圆形截面水平荷载桩地基土极限水平反力Pu的滑移线理论解,其Pu值约为Broms建议值的一半或更小.经与试桩资料对比,本文解答求得的单桩极限水平承载力与实测值非常吻合.     

水平荷载下桩筏基础与地基共同作用分析

把有限层法和桩基规范中的m法相结合，建立了能够考虑群桩效应和群桩中各桩荷载分担比以及地基成层非均质性的桩筏基础与地基共同作用的三维数值分析模型。用数值计算方法对水平荷载的分配问题进行了量化研究。通过对计算结果的分析对比，验证了该模型是合理可靠的。     

饱和土中桩水平振动分析

基于Biot动力固结方程,将Novak薄层法应用于饱和土介质桩土相互作用研究中。首先引入势函数对方程解耦,采用算子分解及分离变量法结合桩土耦合条件求出桩土相互作用阻抗函数。与Novak薄层法得到的单相土层水平振动阻抗系数对比,阐明了两解之间的关系。通过参数分析,表明渗透系数及桩土模量比、桩长径比对单桩水平、摇摆及水平–摇摆耦合振动阻抗有一定影响。     

饱和土中挤土桩竖向振动简化计算模型

根据挤土分区模型,建立了饱和土中考虑孔压消散的桩侧非均质挤土区桩竖向振动简化计算模型;通过分离变量方法,得到了桩竖向振动频域解析解和时域半解析解,分析了挤土区对桩竖向振动特性的影响。数值计算结果表明:挤土区当量半径和桩周孔压增量比越小,桩周土对桩的约束作用越强;挤土区的存在使桩土间的相互作用减弱,采用均质土完全粘结模型过高地估计了土对桩的约束能力,实际工程中尽早开展挤土桩小应变反射波检测有利于获得较大的测试深度。     

频域内半空间饱和土中水平受荷桩的动力分析

利用积分方程方法研究了半空间饱和土中单桩受水平简谐载荷时的动力响应。利用半空间饱和土在水平简谐圆形载荷作用下的格林函数和桩－土变形协调条件，建立了桩－土共同作用的第二类Fredholm积分方程。通过数值求解所得的积分方程，得到单桩在水平简谐载荷作用下的动力响应。     

分层土体中群桩复合地基水平荷载作用下的变形性状

采用有限元方法,对复合地基中的群桩在不同土体分层状况下受水平荷载作用的变形情况进行三维有限元分析。通过比较不同层的材料特性、桩长、桩径下受水平荷载作用的最不利位置桩体轴向应变的性状,得到复合地基中桩体的断桩点随土体分层状况改变而变化的规律。     

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20节点有限元进行近域土和桩的分析，对远域土采用空间12点节无限单元，在桩土接融面引入空间16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上体进行非线性分析，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征。     

桩基水平荷载计算理论研究现状述评

单桩水平承载力计算理论包括极限地基反力法,弹性地基反力法,P-Y曲线法.极限地基反力法未考虑地基反力与位移的关系,只适用于刚性短桩.弹性地基反力法分为线弹性及非线性弹性法,线性弹性法假定土反力和水平位移成线性关系,因而只适用于小变形.而非线性弹性由于可以描述桩基的非线性性质,可以适用于大变形.P-Y曲线法考虑了桩土作用的非线性和土的塑性影响,对大小位移的情况以及静、动荷载均适用,是目前国内外比较流行的一种方法.群桩水平承载力计算理论主要包括群桩系数法,弹性理论法,P-Y曲线折减法.群桩系数法关键在于如何确定群桩系数,弹性理论法关键在于选取恰当的土质参数,P-Y曲线折减法采用的经验公式依赖于少量模型试验,其通用性尚待验证.     

水平荷载作用下群桩计算方法研究

通过分析研究国内外各种水平荷载下群桩计算方法,在Ｆｏｃｈｔ－Ｋｏｃｈ－Ｐｏｕｌｏｓ综合法的基础上,不考虑群桩基础中后桩对前桩的弹性作用,并结合桩基规范,提出了能够考虑群桩效应和群桩中各桩荷载分担比的改进公式, 可供水平力作用下的桩基工程设计时参考     

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.     

考虑桩土作用的群桩效应分析

桩土接触变形为非线性问题,相互作用机理复杂。为了分析高桩承台群桩基础的桩土作用,文中用Drucker-Prager弹塑性模型模拟土体的材料非线性,建立高承台群桩-土体的有限元非线性数值模型,分析并总结了不同参数对群桩受力的影响,其中桩长径比和桩距径比对群桩效应影响较大。可供群桩基础设计提供参考。     

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     

水平偏心荷载下斜桩群桩受力性状的离心机模型试验

为研究斜桩群桩在水平偏心荷载下的受力性状,在砂土中开展了一系列离心机模型试验,着重对比了直桩群桩和斜桩群桩抵抗水平及偏心荷载的不同特性。详细介绍了模型试验的装置、方法以及内容。试验结果表明：水平荷载偏心距大小对群桩水平承载力有一定的影响,但是对群桩扭转承载力的影响较小。对于直桩群桩,在试验范围内小偏心距（4.3倍桩径）加载对应的水平承载力大于零偏心距（即纯水平加载）及大偏心距（7.1倍桩径）加载的水平承载力。相同条件下,斜桩群桩抵抗水平、偏心及扭转荷载的能力显著强于直桩群桩。水平偏心荷载下,斜桩群桩中各基桩的桩顶水平位移相互差异较直桩群桩更大,且该差异随偏心距的增加而增大;在多向荷载的共同作用下,基桩桩顶剪力与桩顶位移方向有所不同。水平荷载下斜桩群桩中的基桩轴力显著大于直桩群桩。斜桩群桩较好地发挥了基桩的轴向承载能力,从而能够更有效地抵抗水平荷载。     

考虑桩-土-承台共同作用的桩基设计探讨

通过对桩、土、承台之间变形协调及荷载分配的分析，提出了一种考虑桩、土、承台共同作用的设计方法。     

桩基水平承载力的群桩效率

本文是在资料分析和模型试验的基础上提出的。文中对群桩在水平力作用下的工作性能和破坏机理进行了分析,并提出了一个水平力作用下的群桩效率计算式。用本文推荐的方法所得到的计算结果接近于模型试验值。     

水平承载群桩计算方法的研究

在总结前人对于水平承载群桩计算方法研究的基础上,结合我国现行的桩基规范和目前国内新兴的NL法,以Poulos H.G提出的弹性理论法为理论依据,提出了一种水平承载群桩计算的改进方法。