层状非饱和土中端承桩竖向振动响应的半解析算法

为了探究层状非饱和土中桩基的竖向振动响应,基于非饱和土动力控制方程,考虑基质吸力、三相(固相、液相和气相)压缩特性和饱和度对动剪切模量的影响,结合Euler-Bernoulli杆理论,建立三维轴对称简谐荷载作用下层状非饱和土中端承桩的竖向振动响应模型。利用Laplace变换、势函数法和算子分解法求解土体波动方程,通过桩–土耦合条件和阻抗函数传递性求解桩顶动力阻抗频域响应的解析解,利用傅里叶逆变换和卷积定理得出桩顶时域响应的半解析解。验证所得解的正确性后,研究分层土的模量比和厚度比对桩顶动力响应的影响。计算结果表明：土层上硬下软时,桩顶动刚度与阻尼的波动性减弱,导纳存在“小峰夹大峰”现象,峰值变大,反之,导纳呈“大峰夹小峰”。相比于上下均质土,桩底反射信号明显减弱。软土层越厚,桩顶动力响应的振荡幅值越大,土层厚度不一时,速度时程曲线中土层分界面出现反射信号,反射位置与土层分界位置密切相关。     

人群竖向荷载诱发结构水平振动试验研究

采用试验的方法研究结构的竖向–前后耦合振动现象,建立结构试验模型,采用激振器施加竖向周期性荷载,测试9种不同组合模型、5种不同荷载、3种不同激振位置3种工况下试验模型的水平振动情况。测试结果表明对称结构在非对称竖向荷载作用下会产生明显水平位移,且竖向荷载频率接近于结构水平固有频率时将产生共振现象。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

非饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于已建立的非饱和土中的波动方程,研究了瞬间扭转荷载作用下桩的动力响应问题。在频域中,得到了桩顶位移和速度的响应函数。利用付立叶逆变换,给出了半正弦脉冲激励下桩顶速度时域响应半解析解。分析了主要参数对响应的影响。最后将分析结果进行了对比,结果表明:本文的退化解和饱和土扭转振动解是一致的。     

考虑横向惯性效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时成层土中楔形桩的纵向振动问题。首先,根据桩周土的成层性并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,在平面应变条件下推导得到成层土中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解。最后,采用参数研究方法,在低频范围内分析楔形桩设计参数对桩顶复阻抗的影响,并将同体积时的楔形桩与均匀截面桩的桩顶复阻抗进行对比。结果表明：(1) 楔形桩其他设计参数不变时,动阻尼随着楔角的增大而增大,动刚度也随着楔角的增大而增大,但增大的幅度会随着频率的增大而逐渐减小;(2) 楔形桩其他设计参数不变时,动刚度随着桩长的增大而减小,动阻尼随着桩长的增大而增大;(3) 对等体积的楔形桩与均匀截面桩,当桩长相同时,楔角越大,动刚度越小,动阻尼越大;当桩端截面积相同时,楔角越大,动刚度越大,动阻尼先增大再减小。     

考虑竖向荷载影响的大直径管桩水平振动响应解析解

建立了黏弹性地基中受轴力作用的现浇大直径管桩水平振动响应计算模型,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦,结合桩土耦合条件求得了桩顶复阻抗解析表达式。将该解退化到不考虑竖向荷载的水平振动响应解与已有理论解对比,验证了该解的合理性。通过算例分析,研究了竖向荷载、激振频率和桩长对管桩桩顶水平复阻抗、桩身位移和内力的影响,研究结果表明:复阻抗实部和虚部在桩土系统固有频率处均发生共振;竖向荷载使管桩位移和内力发生重分布,竖向荷载为零时,位移、弯矩和剪力最大值均出现于管桩中上部,随着竖向荷载增大,其最大值均出现于桩底;桩身水平位移随频率变化而变化,管桩中下部转角、弯矩和剪力受频率影响较大;桩身中下部位移和内力受桩长影响大于桩身其他部分;无桩芯土时桩顶水平位移和转角比桩芯土存在时大。     

桩竖向振动引起的饱和土体孔压积累效应分析

 采用一种非耦合分析方法模拟桩竖向振动过程中桩周产生孔压积累现象。首先基于比奥饱和多孔介质理论,考虑桩土间的非完全黏结条件,得到饱和土中弹性支承桩竖向耦合振动稳态孔压振动的解析解,通过卷积方法和数值积分逆变换得到任意次正弦激励作用下的瞬时孔压振荡半解析解。然后利用土动三轴试验得到饱和粉质黏土的残余孔压积累经验公式,以桩侧土剪应变和振次为参数建立桩周残余应变和瞬时孔压时域响应之间的联系,实现桩竖向振动作用下桩周土中孔压积累的模拟。数值计算结果表明,桩土非完全黏结条件下稳态孔压分布和桩周孔压积累均小于完全黏结情况,且受桩土接触刚度和桩底支承刚度的影响显著,此外桩周稳态孔压分布与渗透系数密切相关。     

考虑竖向荷载影响的结构水平临界荷载分析

讨论了结构竖向荷载和水平向屈曲临界荷载的相互影响,分析了研究竖向荷载作用下结构水平临界荷载计算的必要性,并给出了其特征屈曲临界荷载计算的具体过程,通过算例分析,得到了某一结构竖向荷载和水平向临界荷载的相互关系,并提出了稳定区的概念及判断实际结构稳定性的具体方法。     

非饱和土半空间中单桩竖向振动特性研究

从三维轴对称的非饱和土波动方程出发,考虑土中基质吸力对剪切模量的影响,对端承桩在纵向简谐荷载作用下桩土耦合振动特性进行了研究。利用算子分解和分离变量法直接对耦合方程进行解耦,在求得非饱和土层振动模态形式和阻抗因子的基础上,结合桩土界面处的衔接条件以及桩端刚性支承形式,对桩的一维波动方程进行求解,得到了桩顶复刚度函数、土层阻抗因子的频域形式解答,并讨论了主要参数对桩基动力行为的影响。计算结果表明：随着饱和度的减小,桩顶动刚度因子和等效阻尼的振幅随之减小,但桩土体系的共振频率则基本不受其影响。在桩土模量比的分析中,应区别对待土和桩弹性模量引起的不同反应。模型揭示了土体动力响应从单相到饱和两相介质条件下的完整演化过程,为描述实际土体环境下桩基动力行为提供了较为完备的理论框架。     

振动孔隙水压力对桩竖向承载力的影响

本文分析了地震作用时振动孔隙水压力对桩竖向承载力的影响,提出了基于有效应力原理的桩－土相互作用计算方法,并分析了某单柱式桥墩桩竖向承载力与振动孔隙水压力的关系。     

考虑土体竖向波动效应的静钻根植竹节桩纵向振动阻抗研究

 针对静钻根植竹节桩这一新桩型特殊的桩身结构及桩土接触条件,基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型研究其纵向振动阻抗。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩端的支承作用,根据桩周土的成层性和桩身竹节的分布情况,将桩土体系沿纵向划分成有限个微元段,同时,将桩周土沿径向划分为有限个圈层以考虑其径向非均质性;然后,利用Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解;在此基础上,将退化解与已有文献的解进行对比,证明退化解的合理性;最后,在桩基设计中比较关心的低频范围内分析桩身竹节、桩周水泥土及桩底土参数对静钻根植竹节桩桩顶纵向振动阻抗的影响。     

桩顶竖向荷载对混凝土扩盘桩水平承载性状的影响

为了更全面地研究桩的破坏性状,本模拟对加载方式进行考究。研究竖向力与水平力间的相互作用对混凝土扩盘桩的性状影响。本文通过有限元分析对模型桩施加不同大小的竖向力,然后保持竖向荷载不变,逐级施加水平荷载直至桩顶产生较大位移,并通过对数据的比较分析,进一步研究竖向荷载的施加对混凝土扩盘桩水平承载性状的影响。     

饱和土中大直径缺陷桩水平振动响应研究

为了研究成层饱和土中存在缺陷的大直径灌注桩的水平振动响应问题,基于Boit理论和严格的平面应变假设建立缺陷桩–饱和土横向耦合振动简化模型。引入势函数并利用算子分解法、分离变量法得到桩周饱和土对桩的水平作用力,再利用桩土接触面耦合条件及刚度矩阵传递法得到桩顶复阻抗;最后,通过模型对比与退化对比验证本文解的合理性。研究结果表明:(1)扩径对提高桩顶复阻抗起到的作用相对较小,但是缩径的出现将明显降低桩顶复阻抗;(2)桩顶动刚度和动阻尼对桩身缺陷大小和长度的敏感度不同,动刚度较动阻尼更为敏感;(3)桩顶附近缩径缺陷会导致桩顶复阻抗显著降低,而桩中部和端部附近缩径缺陷对桩顶复阻抗的影响相对较小。     

饱和土层中组合圆柱桩的轴对称竖向振动

应用弹性理论和饱和多孔介质理论,将组合圆柱桩和饱和土层分别视为弹性介质和饱和黏弹性介质,考虑组合桩的径向变形以及饱和土层对组合桩身的水平径向力作用,研究饱和黏弹性土层中端承弹性组合圆柱桩的竖向稳态振动。在频率域得到组合圆柱桩竖向振动的轴对称解析解以及桩头复动力刚度的解析表达式,给出组合圆柱桩桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应曲线,考察饱和土物性参数、模量比、桩长径比以及组合桩的内外径比等参数对桩头动刚度因子和等效阻尼的影响。结果表明:虽然组合圆柱桩精确轴对称解的桩头静刚度与经典Euler杆模型桩的桩头静刚度几乎相等,但是对于短粗组合圆柱桩,其轴对称模型动刚度因子和等效阻尼的幅值小于经典Euler杆模型桩的相应结果。并且,组合圆柱桩的内外径比对其动刚度因子和等效阻尼有显著影响。     

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。     

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。     

竖向荷载下微型抗压桩的性状浅谈

在介绍微型桩特点的基础上,利用Randolph的桩周土变形模型,考虑桩身的伸长变形和桩侧土摩阻力的极限状态,推导出了单桩在竖向荷载下的变形理论解,以供相关科研院所进一步探讨研究微型桩基础的各项性质,并在此基础上建立适合工程实际的承载力公式。     

竖向及水平荷载加载水平、顺序对单桩承载力的影响

在桩基础设计中通常分别确定单桩的竖向和水平承载力,而不考虑竖向荷载与水平荷载之间的相互作用对桩承载力的影响,这显然不能反映桩的真实受力状况。软土地基上建造超高层建筑有时需要采用长度达80 m甚至更长的超长桩,目前考虑超长桩的竖向荷载和水平荷载二者之间相互作用的研究还很少。利用有限元软件ABAQUS模拟天津市某工程的79 m长桩载荷试验结果,通过参数调整使有限元计算结果与载荷试验的结果一致,在此基础上进行仿真模拟,研究竖向及水平荷载作用下超长桩的荷载传递与变形特点。分析结果表明超长桩表现出与已有文献中的刚性短桩不同的变形特性:对于承受水平荷载与竖向荷载的桩,竖向荷载对水平荷载作用下桩的性状的影响与竖向荷载相对于水平荷载的施加顺序、竖向荷载的大小以及土质条件等均有关。就本文算例,先施加竖向荷载再施加水平荷载时,存在一个最优的竖向荷载,在最优竖向荷载作用下,竖向荷载减小桩顶侧移的有利作用最明显,且竖向荷载减小桩顶侧移的作用主要表现在水平荷载加载后期,即水平荷载较大时。在土质条件较好的情况下竖向荷载对桩顶侧移的有利影响不如土质条件较差时那样明显。先施加水平荷载再施加竖向荷载时,竖向荷载不再起到减小水平荷载作用下桩顶侧移的作用。加载顺序变化对桩水平承载力的影响要大于对桩竖向承载力的影响。     

布桩不对称时桩顶竖向荷载的计算

桩基础设计中 ,有时会出现不对称布桩形式。本文将刚性基础基底反力的计算方法应用于布桩不对称时桩顶竖向荷载的计算 ,编制了相应的计算机程序 ,对桩基础设计具有实用价值。文中针对补桩后出现的两种不对称布桩形式分别进行了计算 ,结果表明 ,图 3布桩形式优于图 4。     

某工程软土地基中桩基础单桩竖向极限承载力影响因素浅析

在软土地基中,采用桩基础较为普遍,但也有不少问题出现,单桩竖向极限承载力的下降使得工程不得不采取补救措施,从而增大了工程费用,拖延工程工期。因此,文章就某工程出现的具体问题,浅析单桩竖向极限承载力的影响因素。