变参数土层中单桩水平动力阻抗的简化计算

给出一个求解变参数土层中单桩水平动力阻抗的简化计算方法 ,即把变参数土层等效为均匀土层 ,把变参数土层中单桩水平动力阻抗的计算转化为均匀土层中单桩水平动力阻抗的计算 .算例表明 ,选取合适的等效权函数 ,可以得到较为满意的结果     

分层土中单桩的水平动刚度计算

根据能量守恒原则,利用桩的水平静载变形曲线求取分层土等效为均匀土层的参数;采用Winkler地基梁模型计算了分层土中桩的水平动刚度,并针对Winkler地基梁模型计算动力问题的缺陷提出修正建议。本文中提出的方法也可用于分层土中单桩弯曲、垂直动刚度的计算。     

Timoshenko模型桩水平振动的动力刚度

基于桩-土相互作用的连续介质模型,利用桩的水平振动土阻抗结果,将桩等效为Timoshenko梁,研究线性黏弹性土层中Timoshenko模型端承桩水平振动的动力特性,给出频率域内桩头动力刚度的半解析解,得到动力刚度随频率的变化曲线.在此基础上研究物性和几何参数对刚度的影响,并与Euler-Bernoulli模型桩的结果进行比较.研究结果表明,端承桩水平振动的动态刚度受桩长细比、土软硬程度、水平激振频率等的影响,这些结果可以为工程设计提供参考.     

单桩和群桩动力阻抗研究进展

综述了单桩和群桩动力阻抗国内外研究现状,对各种分析方法的优缺点进行了评述。单桩动力阻抗计算方法主要有Ｎｏｖａｋ薄层法、简化动力Ｗｅｎｋｌｅｒ地基梁法、集中质量法、有限元及边界无数值方法等;群桩动力阻抗计算方法主要有静力相互作用因子和叠加法、动力相互作用因子和叠加法及各种数值方法等。最后了单桩和群桩动力阻抗研究的方向、重点和难点。     

层状地基中群桩竖向振动及动内力

采用Gazetas和Makris通过拟合有限元计算结果所得到的弹簧系数和阻尼系数，基于动力Winkler地基模型和传递矩阵法，提出了一种分析层状地基中单桩和群桩竖向振动特性的简化方法．在考虑了“被动桩”和周围土体之间的相互作用的情况下求解层状土层中的桩一桩动力相互作用因子．在这基础上，计算群桩竖向动力阻抗以及群桩中单桩桩身动内力，通过相关算例分析验证了方法的适用性．     

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.     

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.     

分数导数黏弹性模型描述的土中单管桩的水平振动

将土体视为黏弹性介质,采用分数阶本构方程描述黏弹性土应力-应变关系,建立并求解了在轴对称坐标下单桩桩周-桩芯土水平振动控制方程,得到分数阶黏弹性土体单桩水平动力阻抗的解析解形式.通过数值算例分析了桩土常数和模型参数对单桩水平动力阻抗的影响.结果表明:桩周土的分数微分算子阶数对单桩水平动力阻抗影响较大;桩芯土和桩周土的本构模型常数会对水平动力阻抗刚度因子产生明显影响,而对阻抗因子的影响相对较小.     

群桩-承台体系动力阻抗的近似计算方法

采用数值方法对群桩-承台体系的动力阻抗进行了分析.根据两个不同规模的群桩-承台体系的动力阻抗计算结果,发现在结构抗震所重点关注的低频段,群桩-土体-承台的动力相互作用与频率的相关性较小,因此可采用群桩-承台的静力相互作用关系代替其动力相互作用关系计算群桩-承台体系的动力阻抗.文中通过若干算例近似得到了群桩-承台的静力相互作用关系,并给出了利用群桩和承台的动力阻抗计算群桩-承台体系水平、摇摆和水平-摇摆耦合动力阻抗的简化计算公式.     

部分外露悬浮管桩水平动力阻抗分析

将部分外露悬浮管桩下面对应的土体视为虚土管桩,利用Winker弹簧-阻尼器模型来刻画桩周土、桩芯土与管桩的动力相互作用关系,建立了部分外露悬浮管桩的水平振动模型.通过求解桩周土和桩芯土层水平振动,得到了桩周土和桩芯土对部分外露悬浮管桩的水平作用;运用初始参数法和传递矩阵法,得到了部分外露悬浮管桩的水平动力阻抗.数值分析结果表明:管桩下土层厚度较小时,桩端边界条件对部分外露悬浮管桩水平动力阻抗的影响不大;外露部分的桩长影响水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化规律;管桩内半径即管桩壁厚和管桩与土体剪切模量比对管桩水平动力阻抗的影响较大,且在低频时的影响规律与频率有关.     

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。     

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.     

基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动特性分析

为了分析饱和土中浮承桩纵向振动特性,基于Biot理论提出了一种桩底饱和虚土桩模型.采用Novak薄层法计算得出饱和土体位移解,利用饱和土-桩-饱和虚土桩完全耦合条件,推导出桩顶纵向振动动力阻抗解析解,并对饱和土中浮承桩纵向振动特性进行参数化分析.计算结果表明,当桩底饱和土层厚度为4和6 m时,桩顶动力阻抗函数曲线呈现出大、小峰值交替现象,这与单相虚土桩模型的计算结果差异较大,且桩周和桩底饱和土体孔隙率对桩顶动力阻抗曲线的影响不可忽视.当桩底土饱和性显著且排水性较差时,桩底土单相虚土桩模型会引起较大误差,宜采用饱和虚土桩模型和所得相关解析解答分析浮承桩纵向振动特性.     

悬浮桩侧向振动的非线性动力刚度

该文研究了非线性粘弹性土层中粘弹性悬浮桩侧向振动的动力刚度.通过将悬浮桩端底下部的土介质等效为一虚拟桩——“土桩”,将土介质等效为桩附近的非线性粘弹性内层土域和远离桩的线性粘弹性外层土域,利用等效线性化和分离变量法,求得了桩、土桩构成的组合桩在频率域内动力响应的半解析解,得到了悬浮桩桩头动力刚度.在此基础上,数值研究了各种物理和几何参数下悬浮桩刚度随激振频率的响应以及对这些参数的依赖性,结果表明：悬浮桩侧向振动的振幅、土层非线性效应、桩长等参数显著影响着悬浮桩的桩头刚度.一般情况下,土层的非线性效应将明显降低桩刚度,且仅通过增加桩长度并不能显著提高其刚度,而是存在一个最佳桩长,这些结果为工程设计提供了一定的参考.     

考虑桩-土相互作用的管桩水平动力阻抗研究

在经典平面应变假定和波的传播理论的基础上,通过引入势函数的方法,对土层的水平振动问题进行求解,得到了桩周土和桩芯土对管桩的水平动力作用. 然后,利用初参数法求解了管桩的水平振动,分析了桩周土与桩芯土剪切模量比和管桩外半径对管桩水平动力阻抗的影响.     

基于位移反应谱的连续梁桥抗震设计简化方法

根据连续梁桥的实际受力特点 ,建立考虑下部结构非线性响应与上部结构共同作用的简化计算模型 .通过延性性能分析得到桥墩的非线性动力特性 ,并采用等价线性化给出其等效动力参数 .采用根据规范 (ＪＴＪ— 89)建立的变阻尼位移反应谱 ,通过迭代求解全桥结构的设计地震响应 .通过算例分析表明 ,提出的方法简单实用 ,并且具有相当精度基于位移反应谱的连续梁桥抗震设计简化方法@杨玉民 @胡勃袁 @万城     

基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平动力阻抗

利用Winkler弹簧-阻尼器来描述桩土之间的动力相互作用,得到了分数导数黏弹性(FDV)模型描述的土体的刚度系数和阻尼系数.利用传递矩阵法并考虑埋入部分和外露部分桩基的连续性条件,求解了基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平振动,得到了桩顶的水平动力阻抗.研究了分数导数的阶数、外露部分桩长和土体本构模型参数对桩水平振动的影响.研究表明:分数导数的阶数和本构模型参数对部分埋入桩的水平动刚度有一定的影响,而对其等效阻尼的影响很小;外露部分桩长对水平动力阻抗的影响较大.     

饱和土径向运动简化的桩纵向振动特性研究

在三维轴对称饱和土层中弹性支承桩纵向振动研究的基础上,通过简化饱和介质中固相与液相径向运动,建立了饱和土中桩纵向振动的简化模型,通过分离变量法求得了简化模型的桩纵向振动的频域解析解,利用付立叶逆变换和卷积定律获得了时域半解析解.简化解与三维轴对称饱和两相解的桩顶动力响应的对比结果表明,在低频范围内简化解的动刚度因子及等效阻尼与三维轴对称解有较大差别,而较高频率范围内两种解的导纳和速度时域响应基本吻合,因此简化理论对基桩频域或时域检测是足够精确的.计算结果表明,桩的长径比、桩土模量比以及桩底支承系数对桩顶频域和时域响应影响显著,而渗透系数对桩顶动力响应的影响较小.     

考虑桩身剪切变形的管桩水平动力阻抗

基于Timoshenko梁模型,考虑管桩桩身剪切变形的情况,建立了单个管桩的水平振动方程.为了考虑管桩与土体的动力相互作用,将桩周土和桩芯土对管桩的作用等效为Winkler弹簧-阻尼器,利用数学物理手段,并考虑管桩与土体的连续性条件,得到了弹性系数和阻尼系数.考虑管桩桩端边界条件和水平动力阻抗的定义,得到了考虑桩身剪切变形的管桩的水平动力阻抗.通过对比分析和数值讨论可知,采用Timoshenko梁模型得到的管桩水平动力阻抗的绝对值比Euler梁模型小;相对实心桩管桩更应考虑桩身的剪切变形.     

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.