上部结构刚度改变对桩筏基础的影响

传统桩筏基础设计没有考虑上部结构刚度变化的影响,边桩实际承载力超过设计承载力而中桩实际承载力小于设计承载力。建立了框架结构和单片剪力墙结构、桩筏基础与地基共同作用的平面有限元模型,计算了逐层加载和一次性加载条件下两种上部结构形式的桩顶反力、桩筏荷载分担比、桩基沉降及差异沉降。结果表明：刚度大的上部结构形式下桩顶反力小;桩筏荷载分担比随上部结构刚度的增大趋于稳定;不同上部结构形式的刚度变化对其下桩顶沉降的影响不同。为进行合理的桩基设计提供了参考意见。     

桩-筏复合基础的非线性分析与设计

在当前的工程实践中,对复合桩基的处理是按上部荷载全部由桩传到地基中去来对待的,认为承台只起连接桩顶和传递上部荷载的作用。但实际上,上部荷载是由桩、承台和地基三者共同承担的。因此,应用有限元和无限元相结合的方法,对桩筏复合基础进行非线性分析,进一步揭示复合桩基的工作原理具有实际意义和理论价值。将按单桩极限承载力设计复合桩基的新方法运用于工程实例的结果表明,复合桩设计新方法具有明显的优越性。     

桩-筏复合基础的非线性分析与设计

在当前的工程实践中，对复合桩基的处理是按上部荷载全部由桩传到地基中去来对待的，认为承台只起连接桩顶和传递上部荷载的作用。但实际上，上部荷载是由桩、承台和地基三者共同承担的。因此，应用有限元和无限元相结合的方法，对桩筏复合基础进行非线性分析，进一步揭示复合桩基的工作原理具有实际意义和理论价值。将按单桩极限承载力设计复合桩基的新方法运用于工程实例的结果表明，复合桩设计新方法具有明显的优越性。     

高陡斜坡上桥梁桩基受力特性及影响因素分析

高陡斜坡上的桥梁桩基,除了承受上部结构荷载外,还将承受山体变形产生的剩余下滑力和桩周岩土体抗力。首先,将上部结构作用简化为桩顶竖向荷载、水平荷载以及偏心弯矩,基于Winkler弹性地基梁理论,建立考虑桩-土-坡相互作用的简化受力模型。进而导出高陡斜坡上桥梁桩基各特征桩段的平衡微分方程,并采用幂级数法对其进行求解,计算结果与文献值吻合较好,说明了幂级数解答的合理性。在此基础上,分析3个主要因素对桩基内力与变形的影响。结果表明:桩顶水平荷载对基桩的力学性能影响较大,高陡斜坡上桥梁桩基的陡坡效应不容忽视,选择合理的桩基直径以及采取可靠的边坡防护措施均能提高基桩抵抗弯矩和变形的能力,这些结论均可为实际工程设计提供参考。     

桩、土、刚性承台相互作用下桩基内力计算新方法

针对港口工程中广泛使用的桩基础在波浪力及荷载作用下与高桩刚性承台和土共同工作的问题,提出较为有效、合理的计算方法.首先以杆系有限元方法为基础,将承台模拟成一根竖直刚性梁,将桩基模拟成线弹性梁,以承台与桩基相连的节点作为主节点,桩基与承台相连的节点为从节点,推导出了刚性承台和桩基的单元刚度方程;其次,桩基与土的相互作用按弹性桩的线性地基反力假设法中的m法计算,推导出了桩土相互作用下桩基单元刚度方程;最后,将波浪力等效成相应桩基单元上的节点荷载,并编写相应的有限元程序(FEPPRC).算例表明:所提出的在波浪力及其他荷载共同作用下考虑桩土相互作用的刚性承台桩基内力计算新方法是可靠的.     

高桩承台基础群桩等效嵌固长度参数分析

从高桩承台基础等效体系和原型基本周期相等的原理出发,采用弹性地基反力法考虑桩-土相互作用,通过幂级数法求解侧向荷载下桩的挠曲微分方程,提出了一种求解高桩承台基础在侧向荷载作用下等效嵌固长度的解析方法;分析了土层、桩径与桩距比、桩柱抗推刚度比等参数对桩基础等效嵌固长度的影响规律,并给出了具有实用性的高桩承台桩基等效嵌固长度简化公式。结果表明:土层性质和桩、柱抗推刚度比是决定高桩承台桩基础等效嵌固长度的主要因素;研究成果可简化群桩基础模型,同时兼顾上部结构响应的精度,为桥梁概念设计提供依据。     

负摩阻力作用下的单桩竖向承载性状

对负摩阻力作用下的单桩承载性状、负摩阻力与工作荷载之间的关系进行理论分析,然后建立单桩有限元模型,研究负摩阻力作用下桩基的承载性能、桩基的刚度以及下曳沉降变化规律.研究结果表明:下曳沉降由2部分组成,一是桩顶没有荷载作用时纯粹由负摩阻力引起的桩顶沉降;二是负摩阻力作用下,桩顶荷载下移中性点位置,使得承受桩顶荷载的桩段缩短所引起的沉降.负摩阻力在中性点平面形成的一对平衡力相当于在单桩桩体上施加了预应力,提高桩体本身的轴向刚度.     

双向循环荷载下的单桩基础累积侧向位移

针对软黏土地基中单桩基础在竖向和水平循环荷载下的累积侧向变形问题,建立基于双向循环受荷的软黏土刚度衰减模型.利用有限元软件Abaqus进行二次开发实现刚度衰减,通过数值模拟分析竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的累积侧向位移.结果表明,水平和竖向循环荷载耦合作用下,桩顶侧向位移相比于只受水平循环荷载时更大;存在最小水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于该值时,桩基不会产生侧向位移累积;竖向循环荷载对桩基累积侧向变形的影响存在一临界值,小于该值时,对桩顶侧向位移的影响很小.     

地基刚度对 L形带裙房高层建筑结构-基础-地基共同作用的影响

建立了某实际工程L形带裙房高层建筑三维分析模型,采用分层地基模型模拟地基土,引入缝连接单元,对不设缝带裙房高层建筑进行了上部结构-桩筏基础-地基共同作用分析,主要讨论地基刚度的变化对上部结构和桩筏基础的影响,研究表明:竖向荷载作用下,当地基刚度增大时,上部结构中心区和翼缘区的边柱和角柱轴力减小,而中柱的轴力增大,趋向于非共同作用;主楼与裙房基础的平均沉降随着地基刚度的增加而减小,但当地基刚度增大到一定情况时影响减弱;主楼与裙房各自的沉降差也随地基刚度的增加而减小,减小幅度趋于平缓;随着地基刚度的增加,其桩顶反力曲线趋缓,也即桩顶反力逐渐变得均匀.     

桩-梁基础共同作用分析

考虑基础梁的刚度贡献、地基土对基础梁的支承作用，以及桩间土对桩的影响，建立桩-基础梁-地基土共同作用刚度方程．采用有限单元法建立整体分析模型，对其进行共同作用分析．将桩基受力情况分解为3种荷载工况的叠加，给出计算桩自身沉降量的计算公式(考虑了桩间土对相邻桩沉降的相互影响)．建立共同作用方程时，采用先通过计算柔度系数(沉降系数)形成柔度矩阵，由柔度矩阵求逆获得刚度矩阵的方法，使计算大为简化．     

土自重及地基刚度矩阵对板土相互作用的影响

将地基取为有限分层弹性体，采用三种不同方法计算地基刚度矩阵，根据工程背景下板嵌埋于土中这一特点，考虑土自重应刀对地基形变势能的影响，借助于能量变分原理获得了不同地基刚度矩阵时不同荷载作用下的两种不同抗弯刚度的矩形板内刀、板底反力和板底位移的数值解答。着重对比分析了地基刚度矩阵的不同算法及土自重应力对板内力及位移计算结果的影响，指出用单位集中力计算地基刚度矩阵，易受Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ解答在集中力作用；久附近“极性”的制约，计算结果不够理想，而以单位均布力为依据计算地基刚度矩阵，所得板内力及位移能很好地符合弹性解答基本规律。     

弹性地基梁单元的等效结点荷载

推导了Ｗｉｎｋｌｅｒ弹性地基梁单元的固端弯矩和等效结点荷载的计算表达式．考虑的荷载条件有三种：跨内集中弯矩、跨内集中横向荷载和部分分布的均布荷载．为了分析地基相对刚度对等效结点荷载的影响，对不同地基相对刚度条件下的固端力和等跨普通梁单元进行了对比，表明弹性地基梁的固端力总是小于普通梁单元，但在地基相对较软弱时，弹性地基梁和普通梁的固端力差别很小     

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.     

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．     

具有非理想界面的椭球形夹杂的本征应力场

假设夹杂与基体的界面为非理想的，界面两侧的切向相对位移与切向应务成线性关系，对嵌入无限大基体的椭球夹杂与基体在本征应变场下的弹性场进行分析计算，给出了不同的界面刚度下界面处的应力分布。     

考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法研究

在分析常用计算方法优缺点的基础上,通过引入非线性的桩-土相互作用模型,提出了一种可考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法.首先,采用杆单元对桩体结构进行离散化,计算单元刚度矩阵并合成为总体刚度矩阵;其次,假定基坑内、外侧土压力与桩身位移之间的非线性函数关系,建立非线性的节点荷载函数列阵;再次,根据总体刚度矩阵和节点荷载函数列阵形成总体刚度方程(组),采用Newton-Raphson法求解以得到节点位移列阵;最后,通过单元刚度方程和节点位移列阵反求桩身内力和桩侧土压力.算例分析表明,本文方法计算简单方便,能充分反映桩侧土压力非线性变化的特点,较好地揭示了桩-土相互作用机理,适用于悬臂式排桩内力计算.     

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.     

不连续问题的无网格分域算法

提出一种无网格方法中采用分域的思想处理材料和位移不连续问题的方法。该方法将求解域沿不连续面进行分域,通过使用两种转换矩阵使子域交界面上的位移连续性得到满足;采用分块矩阵法计算转换后的刚度矩阵,所得刚度矩阵仍具有稀疏、带状性。可采用与有限元耦合的方式施加本质边界条件。编制了该算法的计算程序,通过对材料不连续悬臂梁弯曲问题的分析和单边裂纹板裂纹张开位移的计算,验证了该算法的正确性和有效性。     

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．