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.     

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.     

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.     

考虑土-结构相互作用渡槽流固耦合体风振响应分析

以排架渡槽为研究对象,分别建立考虑土-结构相互作用(SSI)效应和不考虑土-结构相互作用(SSI)效应下的三维渡槽-水流固耦合体风振计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况,分别计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的动力响应。研究结果表明:考虑SSI效应使得渡槽结构横槽向抗风刚度降低,导致结构风振位移响应增大;渡槽结构各部位最大主应力随槽内水深增大而增大,考虑SSI效应渡槽结构主应力稍大于不考虑SSI效应渡槽结构主应力;在脉动风荷载作用下,水深是决定渡槽倾覆力矩和动水压力的控制因素,土-结构作用的影响较小。     

有限土层悬浮桩的竖向受荷性能解析

为了探讨有限土层悬浮桩竖向受荷性能,将桩底以下土柱视为虚土桩,通过统一的桩土模量函数,建立桩和虚土桩的控制方程。考虑桩土相互作用,导出了土的位移、桩顶刚度和桩端刚度的解析表达式。将本文计算结果与已有结果进行对比,验证了本文方法的正确性。参数分析表明:桩顶刚度随桩长径比和桩土刚度比的增大而增大。当桩端接近基岩时,桩顶刚度急剧增加,桩端刚度与弹性半空间上刚性圆盘受力计算结果差距显著。     

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。     

大型立式石油储罐考虑桩土作用地震响应分析

目的研究大型立式石油储罐-桩-土体系的动力响应,对比桩土间相互作用对上部储罐结构的影响.方法利用有限元软件ADINA建立桩-土-储罐三维整体模型,输入包含长周期在内的7条基岩地震波进行地震响应分析.结果考虑桩土相互作用后,基底剪力、基底弯矩、动液压力、罐壁有效应力均减小,但波高有所放大,且罐壁轴向应力增大明显,最大为刚性地基时的3.71倍;考虑桩土效应后,长周期地震动下储液罐的晃动波高、基底剪力、基底弯矩等动力响应均大于普通地震动作用下的结果,其中波高增大较大,最大为7.46倍;低储液量(25%)时,动力响应有所区别,表现为考虑桩土相互作用后,基底弯矩增大,储罐底板发生翘起.结论建议储罐的抗震设计中应考虑桩土相互作用与长周期地震动对储罐的影响,并在储罐薄弱部位进行加固处理.     

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。     

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。     

土—桩—结构相互作用体系的振动台模型试验

通过土－桩－结构体系的振动台模型试验,探讨了土－结构相互作用对结构动力特性和结构地震反应的影响,试验结果表明,土－结构相互作用使结构体系的自振频率降低,使体系的阻尼大大增加,土－结构相互作用还使结构顶部的加速度反应和结构底部的应变反应减小。     

振动台试验用层状剪切变形土箱的研制

比较了桩－土－结构去和相互作用试验用到的各种盛土容器的优缺点，在此基础上，研制了用于试验的层状剪切变形土箱装置，并进行了土体自由场地的振动台试验，试验结果表明，所研制的装置非常成功的模拟了土的侧向变形边界条件。     

高层建筑中硫磺胶泥桩接头抗震性能研究

本文结合工程实际,建立了高层建筑上部结构-桩-土共同工作体系的动力计算模型,计算了在地震动作用下桩接头处的内力;按照标准图集中的尺寸设计了硫磺胶泥桩接头并进行了四个接头的地震模拟振动台试验和静力试验,得到了接头开裂时的弯矩和剪力。通过对比动力计算时的内力与试验时接头的抗力,评价了7度区硫磺胶泥接头的抗震能力。结合进一步的理论分析,提出了在高层建筑中使用这种接头时在抗震设计和施工方面应注意的问题。     

耦合质量对饱和黏弹性土中桩纵向振动的影响分析

基于Biot理论,在频率域内研究了考虑质量耦合效应的饱和黏弹性土中桩的纵向耦合振动特性.采用Novak薄层法得到了饱和黏弹性土的位移、应力等的解析表达式.将桩视为Euler-Bernoulli杆,给出了饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的动力方程.根据桩土连续性条件,得到了桩顶的复刚度表达式.与Novak解进行了对比,并考察了饱和土和桩各参数对桩顶动态刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明:耦合质量项对桩顶复刚度有较大影响;桩土模量比对桩纵向振动特性的影响与桩长径比的取值有关.     

基于动力相互作用因子的饱和土中群管桩的纵向振动研究

利用动力Winkler弹簧-阻尼器,模拟桩周饱和土和桩芯饱和土与管桩的动力相互作用.在忽略饱和土径向位移和环向位移的情况下,将桩周饱和土视为由无穷多带一圆孔的薄土层组成,而桩芯饱和土视为由无穷多有界的圆形薄土层组成,运用数学物理手段求得了动力Winkler弹簧-阻尼器模型的刚度系数和阻尼系数.运用初始参数法和传递矩阵法,求得了饱和土中主动管桩和被动管桩的纵向位移,得到了饱和土中管桩-管桩纵向动力相互作用因子.基于管桩-管桩纵向动力相互作用因子和群桩叠加原理,得到了饱和土中群管桩的纵向动力阻抗.数值分析表明:桩间距越大,群管桩纵向动力阻抗随频率变化曲线波动越厉害;管桩内半径和管桩长径比越大,管桩纵向动力阻抗随频率变化曲线幅值越大,而桩土模量比越大则越小;桩间距对群管桩动刚度的影响最大,其次是管桩长径比,最小的是桩土模量比.     

瞬态激励下冻融循环对桩-土耦合刚度影响试验

考虑桩-土的相互作用,在冻融循环作用下,土体的力学性质必然发生变化,构件的动力响应特性也会随之发生变化。为研究瞬态激励下冻融循环作用对桩-土耦合刚度的影响,设计和制作混凝土试验桩模拟基桩,通过压电陶瓷的正压电效应,利用压电智能骨料作为传感器测定冻融循环过程中瞬态激励下结构的波动响应,并对比分析两种不同土体含水率下压电信号的特性和能量大小,提供一种基于压电智能骨料的结构动力响应实时监测方法。试验结果表明,在冷冻过程中,瞬态激励下各测点时域波形幅值减小,而融化过程中,各点的时域波形幅值增大,且土体含水率越高,时域波形幅值变化越大;多次冻融循环后,瞬态激励下的桩-土耦合刚度变小。在不同含水率时,离瞬态激励点最近的两块压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)的能量指数平均差别分别为30%、25%,在含水率为6%时,平均每一次冻融循环会使桩-土耦合刚度减小约6%,而在含水率为12%时,平均每一次冻融循环会使桩-土耦合刚度减小约10%。12%的含水率相比6%的含水率,其对桩-土耦合刚度的影响大约高68%。     

考虑径向非匀质性的层状地基中摩擦桩动力阻抗研究

采用考虑了桩周土的非匀质性的Novak薄层法计算桩土相互作用的方法,对考虑径向非匀质性的层状地基中摩擦桩竖向动力阻抗的简化计算方法进行了研究,得到了相应的计算公式.并分析了桩周土非匀质性、泊松比、频率等因素对单桩竖向动力阻抗的影响.分析结果表明:非匀质区刚度与匀质区刚度比对单桩竖向动力阻抗基本无影响,泊松比、非匀质区大小则有较大影响.     

波流联合作用下弹性支承梁动力特性分析

为分析铰接塔平台的动力特性,建立了部分水下带有集中质量块的等截面弹性支承梁运动模型。用耦合弹簧刚度矩阵模拟铰接头处桩基础与土层之间的相互作用,考虑波浪和海流对梁的Morison力作用及由集中质量块引起的轴向力作用,建立了弹性支承等截面梁横向强迫振动的运动控制模型。采用Runge-Kutta数值方法分别研究了耦合弹性支承和独立弹性支承条件下梁的动力响应。研究表明,波流联合作用下,弹性支承等截面梁的有阻尼固有频率并未发生变化,系统同样将发生超谐共振;海流对不同弹性支承结构的主共振响应影响是不同的。可为海洋工程中铰接塔平台的动力特性分析提供参考。     

桩-土-结构体系动力相互作用的试验研究

采用挤扩支盘桩-土-结构体系进行振动台模型试验，以了解在地震动激励下该体系的抗震性能以及支盘桩对结构体系的抗拉、抗压及抗扭曲的作用．在试验的基础上，对该体系的基频、阻尼比、振型、最大位移、结构顶层加速度反应以及破坏特征进行了计算和分析．结果表明，相互作用体系对结构动力特性和结构地震反应均有较大的影响，结构的破坏形式与基础形式、土层性质等因素有关，支盘桩对地震的阻抗性能有了初步的显示．