地震作用软土震陷特性及变截面群桩动力响应

为研究不同类型地震波作用时软土场地条件下大直径变截面群桩基础的动力响应特性，依托翔安大桥实体工程，通过振动台试验，选取地震动强度均为0.15g的人工合成5010波、1004波，以及Kobe波和El-Centro波，研究了群桩基础桩周土层震陷量、桩身加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩等动力响应特性. 结果表明：地震作用下，软土层发生震陷，震陷量为0.16~0.22 cm，其值与输入地震波的频谱特性有关；桩端加速度时程响应曲线较桩顶及变截面处更为“密集”；软土对加速度产生放大效果，输入地震波加速度峰值出现时刻均早于桩端、桩顶及变截面处；桩身加速度及桩顶水平位移分别在1004波和Kobe波作用下达到最大值；5010波和1004波作用下，桩顶产生永久侧向位移；Kobe波作用下，桩身弯矩峰值最大，且弯矩峰值出现时刻最晚. 因此，在进行群桩基础抗震设计时，针对不同桩基特性可选用不同类型地震波进行验算.     

强震作用下嵌岩群桩时程响应振动台试验

地震动荷载作用下，由于“群桩效应”,群桩基础表现出不同于单桩的动力时程响应规律.通过大型振动台模型试验，选取强度均为0.35g人工合成的5002波、5010波，以及典型的Kobe波、El-Centro波，探明嵌岩群桩基础的动力时程响应规律及基频损伤情况.振动台试验结果表明，地震波频谱特性对嵌岩群桩基础的各动力响应参数具有显著影响；El-Centro地震波作用时嵌岩群桩加速度峰值较大，桩顶峰值出现时刻较为滞后；Kobe波作用下，桩顶水平相对位移、弯矩峰值较大，但在El-Centro波时均出现最早；弯矩峰值均没有超出其抗弯极限承载力，且基频未发生明显变化，说明强震作用下群桩基础未发生损伤破坏；因此，可通过不同频谱特性的地震波对嵌岩群桩的抗震性能进行优化设计，并提出相应工程建议.     

可液化场地变截面群桩基础动力响应研究

为研究可液化场地变截面群桩基础动力响应特征,依托翔安大桥,利用FLAC 3D数值模拟软件,建立变截面桩-土相互作用模型,研究了不同地震强度作用下,饱和砂土孔压比、变截面桩基桩身加速度、桩基位移、弯矩、剪力时程响应特征。结果表明：地震动峰值≥0.20 g时,不同埋深处的孔压比峰值基本达到0.90以上,此时砂土完全液化;桩身对地震动起放大作用,但随着地震强度增加,变截面桩的桩身加速度放大效应逐渐减小;地震波结束后桩基产生永久侧向位移;变截面桩身弯矩及剪力均呈双峰值变化形态,桩身弯矩最大值出现在液化土层与非液化土层分界处,桩身剪力最大值出现在液化土层中;在桥梁变截面桩基础抗震设计时,应重点研究液化土层与非液化土层分界处的桩基抗弯能力以及液化土层中桩基抗剪能力,以确保桩基的抗震性能。     

地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明：变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.     

砂土中垫层隔震基础地震响应离心模型试验及数值分析

针对砂土地基中的一种新型基础型式——垫层隔震基础，开展地基-基础-结构动力相互作用的离心振动台试验和三维数值模拟。通过对比不同峰值和类型地震波作用下新型垫层隔震基础与传统群桩基础的动力响应，探讨垫层隔震基础的隔震机理，并结合参数分析垫层厚度等因素对垫层隔震基础地震响应的影响规律。结果表明，与群桩基础相比，垫层隔震基础的上部结构加速度降低，但其峰值及残余位移较大；桩顶约束减弱，筏板与垫层在强震下相对滑动，传递的惯性力降低，导致桩身最大弯矩减小且位置下移；桩身弯矩随垫层厚度的降低而显著增大。     

可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应特征

为了研究可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应问题,以宿迁金鹰工程可液化场地为依托,采用基于CPTU测试的p-y(土抗力桩挠度)曲线法,构建了单桩水平动力承载数值计算模型.分析了不同加载振幅和振动次数下的单桩水平循环加载特征,比较了可液化地基处理前后的单桩水平承载动力响应规律.结果表明:可液化地基处理后单桩水平动力承载能力增强,桩周土抗液化能力提升,桩身截面最大弯矩上移,桩顶荷载传递深度降低;在桩顶水平循环加载作用下,桩身变形和弯矩随加载振幅和振动次数的增加而增大;十字翼共振法处理可液化场地对提升桩基水平承载力具有显著效果.     

增设斜支撑的双桩基础水平承载特性试验分析

为研究斜支撑对双桩基础的水平受力性能的影响,建立了普通双桩基础与增设斜支撑双桩基础的室内试验模型,通过施加水平往复荷载,对两种不同桩基础的荷载位移曲线和桩身弯矩分布情况进行比较分析。分析结果表明:在水平承载力方面,增设斜支撑双桩基础略高于普通双桩基础;两桩之间增设斜支撑可使桩身弯矩峰值下移;增设斜支撑对提高双桩基础的抗弯刚度及抑制桩身的弯曲变形都有一定作用。并建议适当增加斜支撑以改善双桩基础的受力性能。     

结构半主动变阻尼器地震反应控制数值模拟

针对半主动变阻尼器地震作用下多层建筑结构基于支持向量机（SVM）的半主动控制算法,选用四条地震波即El-Centro波、Hachinohe波、Kobe波以及上海人工波,并将峰值地面加速度均调幅至0.1gal.结果表明：总体上基于SVM半主动变阻尼器能够提高对结构层间位移和速度的控制效果;特别,消除了受控结构局部加速度放大现象.     

砂土中循环荷载与单调荷载组合作用下斜桩水平承载变形特性

针对斜桩基础受风荷载作用的工况,分析水平循环荷载对其承载变形特性的影响。通过室内干砂中的模型试验,研究了斜桩在经历水平循环荷载后再承受单调水平荷载时的承载变形性状,与仅在单调水平荷载作用下斜桩的性状进行了比较,分析了循环荷载幅值大小对斜桩水平极限承载力、桩身轴力、弯矩及剪力的影响。结果表明:斜桩先经历循环荷载后再承受单调水平荷载比仅受单调水平荷载作用时的水平极限承载力有一定程度的提高,提高幅度10%～14%;水平荷载作用下,正斜桩桩身全长受拉,负斜桩桩顶下一定长度区段受压,其余区段受拉;经历循环荷载后再受单调水平荷载作用比仅受单调水平荷载作用时斜桩的桩身最大轴力大,正倾斜桩的最大轴力大于负倾斜桩,两者桩身轴力最大值均在距桩顶约4.5d(d为桩径)的桩身截面;斜桩桩身的弯矩主要出现在桩顶下约15d的桩身长度范围内,经历循环荷载后再承受单调水平荷载的斜桩与仅承受单调静载时斜桩的最大弯矩基本相当,最大弯矩截面距桩顶距离均约为4.5d;负斜桩的桩身最大弯矩大于正斜桩,前者约为后者的1.4倍;经历循环荷载后再受单调水平荷载作用和仅受单调水平荷载的斜桩,其桩身最大剪力均在桩的顶部,并且在桩顶下方7.5d处存在极值剪力。     

微型抗滑群桩受力特性模型试验

通过模型箱试验,对微型抗滑群桩工作受力性状和桩顶连梁的作用进行了分析。分析结果表明:微型桩各排桩最大剪力在滑裂面附近,且从前排向后排依次减小,最大剪力截面位置依次上移。滑坡推力在微型桩上近似呈三角形分布,桩身中下部滑坡推力较大。桩身变形经历了一个整体弯曲到滑裂面附近的局部剪弯的过渡,抗滑合力下移,各排桩承担滑坡推力比例为1.00∶0.64∶0.44。桩顶连梁使极限承载力提高了11%,并且减小了坡体位移和桩身整体弯矩。连梁使前排桩上拔,后排桩下压,且能增大桩前桩间土压力,减小桩前桩身土压力。     

桩-土作用下桩间距及桩位对抗滑桩及土体力学特性的影响

为探究桩间距及桩位对桩-土作用下抗滑桩及土体力学特性的影响,以某边坡治理工程为例,采用ABAQUS对不同桩间距及桩位的桩-土有限元计算模型进行数值模拟,分析模型达到临界破坏时的抗滑桩桩身内力及土体力学特性的分布规律.结果表明,抗滑桩的弯矩、剪力与桩间距呈正相关,与桩位距坡脚水平距离呈负相关.其中,弯矩随深度的变化曲线呈"凸"形,剪力呈"S"形;两桩中轴线上土体的x、y方向应力分量的幅值变化随桩间距的增大而减小,间接反映出土拱效应强度不断被削弱;土体x方向的应力峰值受桩位的影响较小,其峰值出现在桩后约1m的位置;土体x方向的应力峰值出现的位置随桩间距的增大逐渐远离抗滑桩.     

斜坡段桥梁基桩受力与变形分析的传递矩阵法

根据斜坡段桥梁基桩的水平承载特性,建立了考虑斜坡效应的桩-土相互作用模型及挠曲微分方程;基于m法和传递矩阵法,推导了桩身内力与位移分析的传递矩阵解答;通过模型试验,测得了黏土和砂土斜坡地基比例系数,拟合得到了斜坡地基比例系数与坡度间的关系式,验证了理论解答的合理性;以某工程实例为基础,分析了斜坡坡度和桩顶水平荷载对斜坡基桩受力与变形的影响.研究表明：斜坡地基比例系数随桩土交界面处桩身水平位移增大而呈非线性关系减小;黏土和砂土斜坡地基比例系数均随斜坡坡度增加而减小;基桩桩顶水平位移和桩身最大弯矩均随斜坡坡度和桩顶水平荷载增加而增大;当斜坡坡度由0°增加至60°时,桩顶水平位移约增大86.4%,桩身最大弯矩约增大4.6%,桩身最大弯矩位置约下移2.0 m;桩顶水平荷载每增加50 kN,桩顶水平位移平均增大48.5%,桩身最大弯矩平均增大41.6%.     

地震作用下高层框架-剪力墙隔震结构动力响应参数分析

针对一个10层框架-剪力墙基础隔震结构体系,考虑框架与剪力墙之间的相互作用,通过改变隔震层刚度及框架与剪力墙的刚度比,分析隔震层对地震波的滤波作用,以及考虑上部结构累积变形与隔震层大位移P-Δ效应,对高层框架-剪力墙结构的整体力学响应进行研究.结果表明:随着隔震层刚度的增加,传递到上部结构底部的加速度频谱幅值逐渐增大.随着框架与剪力墙刚度比增大,层间剪力的分布趋于均匀.上部结构累计变形产生的附加弯矩略大于隔震层本身P-Δ效应产生的附加弯矩.     

成层液化土中单桩-土-结构系统的水平振动分析

根据地震场地液化特征,将土层分为上部液化土层与下部非液化土层,并基于桩-土相互作用的Winkler模型,将桩等效为Rayleigh梁.建立了考虑上部结构的质量、转动惯量、桩身转动惯量和轴力效应的单桩-土-结构系统的控制方程和边界条件,在频率域给出了问题的解析封闭解.通过与相关实验结果的比较,验证模型和解析解的合理性和有效性,分析几何、物理参数等对单桩-土-结构系统位移放大因子、动力放大因子的影响.研究结果表明:桩身轴力使系统的基频更加趋向地震的主频;土壤的液化使得上部结构动力响应更加剧烈,随着土体液化程度的发展,桩的临界载荷将减小,最终导致桩发生失稳破坏.     

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.     

基于振动台试验的桩基动力特性的研究

基于支盘桩-土-框架结构动力相互作用的振动台模型试验,采用大型有限元分析软件Marc对支盘桩和直杆桩体系的抗震性能进行了分析和研究。数值计算结果表明：在X单向和X、Z双向地震波激励下,框架结构顶层加速度时程曲线与试验曲线吻合较好。研究结果表明：在地震作用下,建筑物的摇摆使支盘桩承受交替变化的拉压荷载,支盘上部土体中的拉“应力泡”随着结构顶层侧移的增大而不断增大,说明上拔力主要是通过支盘传递的,支盘有效地耗散了部分地震能量,减小了上部结构的摆幅,有效的防止结构因过度倾斜而出现的整体倾覆;支盘桩的抗拔力由桩侧摩阻力和桩盘的端阻力组成,随着动荷载的增大端阻力所占的比重也增大,支盘成为传递荷载的主要途径。而直杆桩的抗拔力只靠桩侧摩阻力来提供,其抗拔力远小于支盘桩,且在X-Z双向地震波激励下表现的更为突出。研究结果为进一步揭示桩基抗拔和抗震机理提供了新的技术手段和依据,并在防灾减灾方面具有重要的理论和现实意义     

远域耦合映射无限元在桩-土相互作用中的应用

推导了平面4节点拉氏无限元（4＋2）匹配型式的无限元函数,采用有限元一无限元耦合方法（FEM-IEM）求解了分别遭受轴力、剪力、弯矩等荷载作用形式的单桩．土静力反应计算问题,实现了对无限体的不遗漏计算．对比结果表明：无限元能实现无穷远处位移为0的边界条件,能应用于大范围内的有限域计算,程序实施上较简便;而采用FEM-IEM耦合法免去了边界设置的繁琐,精度也能满足计算要求,计算效率也较高,因而该方法是有效可靠的,能广泛应用于岩土工程领域的数值分析工作中．     

含初始转角的隔震支座在双层柱面网壳结构中的隔震性能

为了研究大跨度空间结构中存在支座转动问题，本文通过含初始转角的橡胶隔震支座的双层柱面网壳结构研究了水平方向上结构水平地震反应。结合通过实验得出的经验公式对橡胶隔震支座水平性能进行修正，并通过SAP2000应用动力时程分析法，在考虑下部支承结构的情况，对含初始转角的橡胶隔震支座进行了参数分析。结果表明：水平地震作用下，较小转角的隔震支座的支座底部剪力峰值与加速度峰值会下降；随着转角增加，柱顶加速度峰值、隔震支座底部剪力峰值等迅速增加；而跨高比大的网壳结构会放大初始转角对结构的影响，加大结构整体的加速度峰值和结构柱的位移峰值，但限制上层网壳结构的位移峰值。因此在考虑初始转角的情况下，若需要限制网壳结构加速度或位移，设计时需要将网壳结构跨高比的放大效应纳入考虑范围。     

桥台对连续梁桥纵向地震响应的影响

以一座带桩基础U形座式桥台的连续梁桥为背景,采用非线性时程方法,研究主梁、桥台和台后填土相互作用对桥梁结构纵向地震响应的影响,探索地震作用下容许桥台背墙进入弯曲屈服或背墙底剪断对桥梁支座位移、桥墩延性需求和桥台单桩弯矩地震响应的影响,并以桥台背墙的屈服弯矩、台梁之间间隙和墩高为参数进行参数分析.结果表明,与容许桥台背墙进入弯曲屈服相比,容许桥台背墙底部被剪断工况中的支座纵向位移、桥墩位移延性需求和桥台单桩弯矩明显减小;增大桥台背墙屈服弯矩可减小支座位移,桥墩位移延性需求随桥台背墙屈服弯矩增加呈现先逐渐增加再趋于稳定的趋势,桥台单桩弯矩呈现逐渐增加的趋势;减小伸缩缝间隙的大小可减小支座纵向位移,但可能会增大桥墩位移延性需求.     

横观各向同性土中大直径桩的纵向振动分析

桩-土动力特性研究一直是桩基工程领域的重要问题,针对受纵向振动荷载下的横观各向同性土中大直径桩动力特性进行研究。基于横观各向同性材料本构方程,忽略土体径向位移建立轴对称条件下土体的动力平衡方程,结合边界条件求解方程,得到土体的位移和剪切力表达式。根据Rayleigh-Love杆模型建立大直径桩的纵向振动平衡方程,结合边界条件求解得到大直径桩在横观各向同性土中纵向振动的解析解,随后分析了桩土参数对土体、桩顶动力响应的影响。将理论解进行退化分析以及将理论解与数值模拟解进行对比进而验证了该理论解的正确性。