地震荷载下桩土相互作用简化计算方法及参数分析

针对水平地震荷载下桩土相互作用体系，建立了简化计算模型，与有限元分析结果对比验证了简化模型的有效性，并运用此模型就桩土弹模比、地震动输入以及桩的几何特性进行了参数敏感性分析，对计算结果的统计分析表明，桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为显著。     

层状地基中考虑土体剪切效应的单桩振动阻抗分析

在Winkler模型中引入描述地基土剪切效应的第二地基参数,采用初参数法求解双参数(Pasternak)地基模型中单桩水平振动的微分方程,运用传递矩阵法得到层状地基中单桩水平和回转振动的阻抗。与实例比较验证了理论推导及程序编制的正确性。分析表明:随着桩土弹模比的减小,第二地基参数对桩顶阻抗的影响有增大的趋势,此时使用双参数地基模型进行分析是必要的。对桩顶振动阻抗的影响因素(桩土弹模比、地基成层性、桩底边界条件、桩身长径比、量纲为1的频率)进行了参数化分析,结果表明:表层土的桩土弹模比是桩水平振动最重要的影响因素,振动阻抗随桩土弹模比的增大而减小,而有效桩长则随弹模比的增大而增大。     

时域内三维上下部相互作用结构的非线性分析

通过对动力问题中粘弹性边界和桩土界面的非线性接触的合理描述,提出了一种能有效地开展层状地基中桩(群)-上部结构非线性动力相互作用分析的三维有限元模型.对地震作用下的（桩）基础结构共同作用进行了较全面的场动模拟,认为即使在非强震下,其桩-土间的滑移和开脱非线性共同作用对结构反应影响较大,按其间的一致粘合位移假设并不能有效地对桩承-结构体系的动力上、下部相互作用作出合理的评价.     

桩承-上部结构的地震动力相互作用设计探讨

研究了水平地震作用下层状地基土中桩基建筑物的动力相互作用的特性,总结出各参与要素对动力相互作用体系地震响应的作用规律,并探讨了桩土上部结构共同作用程度的简单判别方法;编制了群桩分层土上部结构的动力相互作用分析及优化设计程序.实例分析表明,在带桩结构工程中应用该程序进行抗震作用下的优化动力计算是简单可行的,可由体系周期放大因子的值来确定采取相互作用设计计算与否,为桩承结构设计提供了新的分析思路.     

瑞利波作用下桩土相互作用横向动力响应计算研究

将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到瑞利波作用下桩土横向动力响应分析中,得到了单桩横向动力响应的计算公式.在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩横向响应的影响.结果显示,泊松比的变化对单桩水平动力响应有影响,桩土刚度比对单桩水平动力响应有较大影响,而桩长对桩底自由的单桩动力响应基本无影响.而且单桩水平动力响应随着频率的增大而减小.     

桩-土（软支撑）-结构非线性动力相互作用分析

基于群桩-土软支撑模型,建立了土-结构相互作用有限元简化分析模型.针对不同地震激励,不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析.结果表明:在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用动力反应结果可能大于固基假定情形,且下部桩-土软支撑会对上部结构柔弱层位置产生影响,分析结果与现有的试验成果具有良好的一致性.以简化非线性弹-阻单元的形式等代桩-土实体单元接触面,能有效和快速地进行复杂的SSI动力时程分析及抗震评估.     

桩-土-结构相互作用对连续梁桥抗震性能的影响

本文以跨浅海水道连续桥为研究对象,采用质量弹簧体系模拟基础和地基,用有限元通用软件分别建立了该桥的考虑桩-土-结构作用的全桩模型、将基岩中桩截去且考虑桩-土-结构相互作用的截桩模型和不考虑桩-土相互作用的无桩三维有限元模型.以此为基础,对该桥进行三维地震动态时程分析,分析了桩-土-结构相互作用对该桥动力特性的影响和不同地震动输入下桩-土-结构相互作用对该桥位移反应、内力反应等地震响应的影响.     

Pasternak地基中H(t)-V受荷桩水平响应有限杆单元法分析

为探讨桩顶水平动荷载H（t）与竖向荷载V联合作用下桩基的水平响应,基于 Pasternak地基和Euler梁理论,建立了桩-土相互作用水平振动分析模型,采用改进的有限杆单元方法求解考虑P-Δ效应、土体剪切效应影响的综合刚度矩阵方程,结合桩土连续边界条件得到桩身内力与位移解答.通过与已有解析解、有限元解和模型试验的结果比较,验证了计算方法的合理性.最后,对影响桩身内力与位移的主要因素进行分析.结果表明：1）传统Winkler地基相较于Pasternak地基模型,忽略了地基土体的剪切效应,将夸大桩体结构的实际受力,使得计算得到的桩身水平位移和弯矩均大于Pasternak地基所得结果,且随着桩土弹模比Ep/Es的降低,两种地基模型计算的桩身最大水平位移和弯矩的差异性呈现出增强趋势;2） 随着桩顶竖向荷载的增加,桩身水平位移和弯矩受P-Δ效应的影响显著.当桩顶竖向荷载特征参数λ由0增至2时,桩身最大水平位移和弯矩分别提高40.85%和78.57%;3） 相较无限长桩（L>20dp）,有限长桩的水平位移和弯矩的动力响应受桩身长径比L/dp影响更大;桩身最大水平位移和弯矩随着水平简谐荷载幅值H0的增加而增大,随着无量纲频率a0的增大而减小.     

频率相关域的桩基-结构竖向-水平振动特性分析

导出了一种可考虑土的分层以及桩顶轴向力参与作用的计算土介质中群桩动力相互作用因子的方法,进一步增强了S-R简化模型的应用效能.利用子结构理论,可计算任意构型、桩数、土层属性下的群桩结构系统动力反应,其计算工作量较小,便于工程应用.通过一桥梁墩基结构的地震反应分析表明:考虑竖向振动附加影响的水平激振作用会产生相当的附加变位,致使水平群桩阻抗效应减少;同时桩间动力相互作用影响也较单一水平力作用时有明显规律性的增强;桩土子结构的柔性参与在一定程度上可降低体系水平动力反应.     

桩-土-结构相互作用对连续梁桥抗震性能的影响

本文以跨浅海水道连续桥为研究时象,采用质量弹簧体系模拟基础和地基,用有限元通用软件分别建立了该桥的考虑桩-土-结构作用的全桩模型、将基岩中桩截去且考虑桩-土-结构相互作用的截桩模型和不考虑桩-土相互作用的无桩三维有限元模型。以此为基础,对该桥进行三维地震动态时程分析,分析了桩-土-结构相互作用对该桥动力特性的影响和不同地震动输入下桩-土-结构相互作用对该桥位移反应、内力反应等地震响应的影响。     

黄土场地中桩—土动力相互作用机理及地震响应规律研究

为研究黄土地区桩-土相互作用机理及其对结构地震响应规律的影响,根据黄土非线性动力本构关系,构建可考虑桩-土界面滑移、分离和碰撞的简化理论模型,推导出理论模型中各特征指标的计算公式。结合桩-土动力相互作用基本原理,推导建立了桩-土-结构动力体系运动方程,对考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的黄土场地独柱式桥墩进行了地震响应分析。结果表明:桩-土相互作用力学模型正确与否是准确分析结构动力响应的关键;桩-土相互作用能够降低结构自振周期,改变结构动力特征,使得结构对低频地震波具有更高的敏感性,从而影响结构动力响应规律;桩-土相互作用也降低了结构抗侧移刚度,从而导致结构发生较大的位移响应,但同时也增强了结构的抗震消能能力。     

非均质土层中单桩水平动力阻抗计算及影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理．基于改进的Winkler地基梁模型,考虑了地基土的成层非均质性和桩土界面的相对分离效应以及桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型．通过数值计算将得到的单桩水平动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的计算和试验结果进行了对比．验证了计算方法的合理性,进而通过变动参数计算得到了桩周弱化土域、桩土界面接触状态、桩身长细比和桩土刚度比等对单桩水平动力阻抗函数的影响规律。     

竖向载荷作用下单桩接触面性能分析

在桩与土界面处设置Goodman接触单元来模拟桩与土的滑移变形和开裂，建立了单桩在竖向载荷作用下接触面应力和位移的关系公式。用三维有限元的方法，考虑了土体的非线性（Dmcker-Prager模型）力学性能，对模型桩进行了模拟计算分析，详细讨论了双曲线接触面本构关系的初始切向、法向刚度对桩顶位移及地表沉降的影响。对理论分析桩的载荷沉降提供了一种有益的参考。     

基于连续介质力学模型的部分埋入单桩的纵向振动研究

采用连续介质力学模型,考虑桩-土之间的连续条件和边界条件,得到了土体的纵向振动位移,建立了埋入和外露部分桩基的纵向振动微分方程.考虑埋入和外露部分桩基的连续条件和边界条件,求解了部分埋入单桩的纵向振动,并以数值算例的形式讨论了桩基埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度的影响.通过参数分析和讨论,表明部分埋入桩纵向简谐振动存在共振现象,桩基的埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度有较大影响,且桩基外露部分越长,桩顶复刚度随频率变化曲线波动越厉害.     

桩承土工格栅加筋垫层复合地基力学变形特性三维数值分析

桩承土工格栅加筋垫层复合地基作用机理复杂,设计计算主要以经验为主,给设计与施工带来盲目性。采用有限元分析软件Ansys,建立群桩三维模型,对其力学变形特性进行了分析,结合工程实例,将数值模拟结果与现场监测结果进行比较分析,两者较为吻合。结果表明：桩与桩端土均具有最优弹性模量;桩土最大应力比在桩顶下某一深度,桩身最大轴向应力在桩顶下中性点,由于应力集中,在桩端处两者均突然减小;桩端土刚度在离桩底某一深度范围对桩土应力比产生影响;加筋垫层刚度仅在其下某一深度范围内对桩间土应力产生影响,刚度较小时对应力比的调节作用更明显;加筋垫层尺寸对桩身轴向应力和桩侧摩阻力都产生显著影响,桩顶下0.3倍桩长处最显著。     

层状土中单个管桩的竖向振动特性

将桩周土和桩芯土模拟为连续分布的弹簧和阻尼器,通过求解土层的竖向振动得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数.在考虑土体分层特性的基础上运用传递矩阵法建立了管桩桩顶与桩底位移和轴力的关系,通过考虑桩端边界条件得到了层状土中单个管桩桩顶的竖向复刚度.借助数值算例研究了管桩壁厚、桩土模量比、桩芯土与桩芯土剪切模量比、土层厚度和剪切模量等参数对层状土中管桩竖向振动的影响.     

土-桩-结构非线性相互作用体系行波效应

采用并行计算方法,分别选取长周期地震波和普通地震波作为输入,以某典型桥梁工程为背景建立土桩桥梁结构非线性相互作用分析模型,对在不同类型地震波作用下的土桩结构非线性相互作用体系进行了行波效应分析,探讨了桩土接触效应和并行计算加速比等问题.分析结果表明:接触面效应对群桩水平向地震反应的影响较小,在竖直向则会产生明显的不协调现象.考虑接触面效应时,行波输入下的结构水平向加速度反应略小于一致输入,竖向加速度反应则远大于一致输入,水平向和竖向的位移反应也较大.长周期地震动行波输入下的水平向加速度和位移反应结果均大于普通地震波.对于此类大计算量三维有限元分析,采用并行计算方法可以有效提高计算效率.     

地震作用下大直径嵌岩单桩动力响应数值分析

以大直径嵌岩单桩为研究对象，对地震荷载作用时桩、土、岩的变形规律及桩基刚度进行分析，在有限元-无限元耦合数值模拟中引入土体非线性黏弹性本构模型与岩体损伤本构模型来描述桩周土、岩介质刚度随应变衰减的特性。数值模拟结果表明，大直径嵌岩单桩位移、加速度等动力响应，土体非线性滞回特性以及岩石损伤程度等显著受到桩基嵌岩深度、岩石风化程度和地震烈度等因素的影响，在设计时应深入分析。     

刚性桩复合地基桩土应力比计算

分别取桩、土单元进行受力分析,建立变形协调微分方程.基于荷载传递法,考虑群桩效应的影响,计算出桩与桩侧单位厚度土相互作用的等效刚度系数.根据桩、土和垫层的协同作用及边界条件,求得了刚性桩复合地基桩土应力比,并对影响桩土应力比的参数进行了分析.本文方法考虑了群桩效应、侧向土压力等因素对桩侧摩阻力的影响,对已有的模型试验进行计算,所得计算结果与实测结果较为吻合,验证了该方法的合理性,对工程实践具有一定的指导意义.     

群桩横向非线性力学响应的三维有限元数值模拟

利用有限元软件ANSYS,针对群桩横向力学响应问题,进行了三维有限元数值模拟.计算模型中,考虑了土体的材料非线性、桩-土界面状态非线性等因素,对群桩横向力学响应的影响.通过算例分析,验证了模型的正确性.在此基础上,进一步研究了群桩-土横向相互作用的非线性特性,计算结果对于桩基础的分析和设计,有较好的参考价值.