弹性基础板的有限单元-链杆解法

本文建议了一种有效的半空间弹性地基上基础板的求解方法.此法采用了有限单元法和链杆法的技巧,用有限单元法求板的位移,用链杆法求地基间的接触反力.由于利用了两种方法的优点,使问题的规模减小,而计算效率则显著提高.     

弹性地基上框架结构内力计算方法

将框架结构的地基梁单元细分,由弹性力学中的地基沉陷公式求得与细分后梁单元结点相对应的地基柔度矩阵,对柔度矩阵求逆得到地基刚度矩阵,与框架结构刚度矩阵叠加形成总体刚度矩阵;设置虚梁考虑边荷载;通过求解确定地基集中反力为受拉的结点,消除这些结点对地基刚度的贡献,进而考虑地基与地基梁的脱开问题;由梯形分布荷载作用下的梁单元固端剪力系数矩阵,建立由结点处地基集中反力求地基分布反力的关系式,形成了完善的半解析弹性地基上框架结构内力与地基反力求解方法,算例表明该方法有很好的精度。同时通过算例发现,不同地基模型对结构的总沉陷影响较大,但对结构内力、地基反力和沉陷差影响较小。     

双参数弹性地基上Mindlin板的等参元分析

采用等参元对双参数地基上Mindlin板进行分析，将基底反力与节点位移用等效地基刚度矩阵联系起来，并叠加到整体刚度矩阵中去，从而避免了对地基划分有限元单元，在不考察边界广义剪力和考虑广义剪力两种情况下分析进行了分析，并将这一方法应用到双参数弹性地基板的动力分析中，计算结果表明了该方法的有效性。     

构造板独立基础地基反力的数值模拟

为了研究构造板独立基础与地基土共同作用问题,通过建立上部框架结构,下部构造板独立基础和地基土的整体模型,分析了构造板独立基础的受力变形特点,给出了基础薄弱点的位置及地基反力的分布规律,并进一步研究了各种因素对地基反力分配比的影响。结果表明:构造板的受力类似四角支承的双向板,构造板与独立基础的交界处是受力薄弱部位;基底反力分布呈波浪形,独立基础下反力最大,构造板跨中反力最小;构造板能分担一部分上部结构载荷,底板越厚,刚度越大,分担的载荷相应增加;地基刚度越大,底板分担的载荷越少。该结果对此类型的结构设计问题具有一定的参考价值和指导意义。     

矩形薄板与无限层土地基的相互作用

用半解析单元法分析了矩形薄板与无限层土地基的静动力相互作用，提出了板单元和地基单元半解析位移函数。采用在水平两方向解析，在竖向进行离散化的方法，使三维相互作用的问题简化为一维数值计算问题。根据半解析单元法编制的程序操作简单，收敛速度快，提高了计算精度，大大减少了计算工作量。数值计算表明，在工程上必须注意基础附近的表层土的弹性模量的确定，而较深处层土的特性可粗略估计。     

弹性地基上弹性地基梁基础的边界单元分析法

本文采用边界单元法分析弹性地基上的弹性地基梁,考虑地基与基础的相互作用,计算模型较符合实际.分析了有埋深及无埋深地基梁的情况,并通过实例比较了此法与热氏链杆法、双向链杆法及有限元法等的不同,可看到边界元法计算简便,精度高,是一种切实可行的计算分析方法.     

层状地基上梁的边界元边界元耦合解法

分别对地基接触面和梁进行离散,假定地基反力的分布情况,并确定梁单元节点和反力未知量;将无限长EulerBernoulli梁的基本解作为梁边界单元法的核函数,然后把Euler-Bernoulli梁边界积分方程应用到各节点,建立起基础梁的边界积分方程组;将层状地基的基本解作为地基边界积分方程的核函数,通过边界积分方程建立起梁各节点竖向位移与地基反力未知量的沉降-反力柔度矩阵;最后,根据地基与梁接触面的位移协调条件,建立起层状地基与EulerBernoulli梁共同作用问题总的边界元-边界元耦合方程组.根据该理论,编制了相应的程序,通过与现有文献对比验证该理论的正确性,并分析了分层地基特性对基础梁的影响.研究结果表明:相比有限元-边界元耦合法,边界元-边界元耦合法的效率更高.     

层状地基与弹性薄板相互作用的边界元解

将无限大薄板的基本解作为薄板边界积分方程的核函数,对薄板的内部和边界进行离散,并假定薄板内部和边界上的节点与地基反力的分布情况,得到薄板的边界元方程组;同时基于层状地基的解析层元解,通过Guass-Legendre积分得到地基柔度矩阵;结合地基与薄板接触面上的位移协调条件,得到层状地基与薄板共同作用问题总的边界元法方程组;求解该方程组,得到层状地基与薄板共同作用问题的解答.基于本文理论,编制了相应的FORTRAN程序,通过与已有文献结果对比验证本文理论及程序的正确性,数值分析结果表明:方形基础薄板情况下,离板中心越近,垂直于坐标轴y(x)方向、距离相等的2条线段的竖向位移差越小,且该位移差随着板-土刚度比减小而减小;随着板长宽比的增大,板中心点与长边中点位移差变化不明显,而短边中心与边界角点的位移差也有相类似的规律.     

分层弹性地基土中嵌埋矩形板的能量变分解

将地基土取为有限分层弹性体,利用单位均布力作用下的Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ空间解答计算了地基刚度矩阵．用能量变分原理建立了板底反力、位移及板内力计算的半数值半解析法模型,并编制了相应的计算程序．     

上部结构、十字交叉梁基础和地基共同作用的分析

基于弹性梁理论和Boussinesq解，将弹性地基上的十字交叉梁基础分为两个方向的梁，并将上部结构简化为等效刚度板，通过梁与地基以及梁柱板之间的力与位移平衡协调分析，得到了考虑上部结构刚度时十字交叉梁基础与地基共同作用的半数值半解析解，算例表明，文中方法精度可靠，计算未知量少，便于实际工程采用．     

考虑水平力作用的改进型文克勒地基模型

针时文克勒地基模型不能计算在水平力作用下的弹性地基梁的不足,提出了改进的文克勒地基模型．依据文克勒基本假定,考虑水平力对梁剪力和弯矩产生的影响,采用位移法推导出弹性地基梁梁单元劲度矩阵的修正项,形成可以用于计算承受水平力的弹性地基梁梁单元劲度矩阵,并编制了相应的有限元计算程序．计算表明,采用本模型计算承受水平力作用的弹性地基梁,可以进行合理的结构设计．     

弹性半空间地基上正交异性矩形中厚板的弯曲

为了分析弹性半空间地基上正交异性矩形中厚板的弯曲解析解,将3个广义位移变量描述的弹性半空间地基上四边自由正交各向异性矩形中厚板的弯曲控制方程,与基于弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分解建立的板与地基变形协调方程相结合,用三角级数法,得出弹性半空间地基上四边自由正交异性矩形中厚板受任意竖向荷载作用下的弯曲解析解,即得出了地基反力、板的挠度及板的内力的解析表达式。研究结果表明,该方法克服了数值法的弊端,取消了Winkler地基模型或双参数地基模型的假设,从而得到板的内力及地基反力更合理、更精确的分布规律。     

无限长空间板在轴对称荷载作用下的位移和应力分析

运用汉克尔变换导出了无限长空间板在轴对称荷载作用下的位移和应力解答,并通过与完全位移约束下的有限深地基模型、半无限大弹性地基模型和文克尔地基模型进行比较,分析它们之间的异同.分析结果表明:当H→∞时,无论底部是光滑刚性支承约束还是完全位移约束,在法向集中力作用下得到的水平面位移结果与半空间体的布希涅斯克位移解答在水平面上的位移是一致的;当H→0时,底部是光滑刚性支承约束与底部是完全位移约束取极限得到的文克勒地基基床系数是不同的.     

无限均布压力作用下弹性地基的应力和位移

通过两个典型的半无限体实例,对水平表面作用无限均布压力下弹性地基的应力和位移解答进行研究,结果表明:对边界条件不明确的无限边界仅采用解答的必要非充分条件——平衡条件来等效处理,其应力解答不是唯一的,因为此时该边值问题不是一个适定的数学问题.对弹性地基梁板中的半无限大地基、底部完全位移约束的有限深地基和底部光滑刚性支承的有限深地基在水平表面作用无限均布压力时的应力和位移分量进行了比较,认为底部完全位移约束的有限深地基模型较其他两种地基模型更合理.     

层合圆板与无限层土地基静力相互作用

用半解析元法分析了轴对称横观各向同性层合圆厚板与无限层土地基的静力相互作用，提出了一种新的半解析位移函数。采用在水平方向解析，在竖向进行离散化的方法，使静力相互作用的问题简化为一维数值计算问题，大大减少了计算工作量。数值计算表明：在工程上必须注意基础附近的表层土的弹性模量的确定，而H／R大于5～10的较深处的层土的特性可粗略估计；在结构和地基相互作用分析中，地基的计算厚度可取为地基深度H与基础的半径R之比H／R大于10。     

双参数弹性地基上自由矩形中厚板问题分析尝试

为了解决中厚板与双参数弹性地基的共同作用,基于弹性板理论,推导出中厚板弯曲的一种近似方法,求得了双参数地基上自由矩形中厚板弯曲问题的解析解,对数值算例编程求解,与Winklcr弹性地基上自由矩形中厚板的解进行比较,并与有限元解、差分解、福氏级数解、叠加解和复级数解进行对比,结果十分接近,证明该方法可行。     

无单元法在箱形基础中的应用研究

无单元法采用滑动最小二乘法来构造形函数 ,将无单元法用于弹性地基箱形基础的挠度及内力的计算中 ,推导了无单元法刚度矩阵公式 ,编制了相应的程序 ,并给出了算例 .计算结果表明 ,用无单元法解决箱基础问题是合理可行的     

非线性弹性地基上圆薄板的大挠度问题

首先提出多变参数修正迭代法,且用此法研究了非线性弹性地基上圆板在均布载荷作用下的大挠度问题,求得了精确度较高的二次解析解,与线弹性地基上圆板的大挠度进行了比较,完全吻合了物理意义,工程中可参考应用．     

考虑土-桩筏基础-结构的共同作用的层间隔震结构地震响应

层间隔震结构是一种新型隔震体系,近年来其隔震性能受到各国学者关注.采用有限元软件ABAQUS建立了层间隔震结构三维整体空间模型,考虑地基土-桩筏基础-上部结构的共同作用(soil-structure interaction,SSI),进行地震作用下的非线性动力响应分析.研究了考虑SSI前后的层间隔震结构体系振动特性及动力响应,通过改变基础底部不同土层性质、不同桩长,探讨各因素对考虑SSI的层间隔震结构的影响规律.结果表明:不考虑SSI的层间隔震结构基底剪力、各层位移明显大于考虑SSI的情况;基底采用硬土层时的基底剪力、各层位移大于采用软土层时的情况;深桩基础相比浅桩基础的周期小、基底剪力、顶点位移、各层位移均增大.